KR20200079281A - 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 Download PDF

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KR20200079281A
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노부하루 오사와
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 발광 소자는 제 1 유기 화합물 내지 제 3 유기 화합물을 포함한다. 제 1 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 기능을 갖는다. 제 2 유기 화합물은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는다. 제 3 유기 화합물은 형광성 화합물이다. 발광 소자로부터 방출되는 광은, 제 1 유기 화합물 또는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 들뜬 복합체로부터 여기 에너지를 받는 제 3 유기 화합물로부터 방출되는 광이다.

Description

발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 또는 이 발광 소자를 각각 포함한 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상술한 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술분야의 구체적인 예에는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 전력 저장 장치, 기억 장치, 이들 중 어느 것의 구동 방법, 및 이들 중 어느 것의 제작 방법이 포함된다.
근년, EL(electroluminescence)을 이용한 발광 소자에 대한 연구 개발이 널리 진행되고 있다. 이러한 발광 소자의 기본적인 구조에서는, 발광 물질을 포함하는 층(EL층)이 한 쌍의 전극 사이에 개재(介在)되어 있다. 이 소자의 전극들 사이에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터 광이 방출된다.
상술한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 이 발광 소자를 사용한 표시 장치는 시인성이 높고, 백라이트가 필요하지 않고, 소비전력이 낮다는 등의 장점을 갖는다. 또한 이러한 표시 장치는 얇고, 가볍고, 응답성이 빠르다는 등의 장점도 갖는다.
발광 물질로서 유기 화합물을 포함하는 EL층이 한 쌍의 전극 사이에 제공된 발광 소자(예를 들어 유기 EL 소자)에서는, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광성을 갖는 EL층에 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공이 주입되기 때문에 전류가 흐른다. 주입된 전자와 정공이 재결합됨으로써, 발광성 유기 화합물은 여기 상태가 되어 발광이 얻어진다.
유기 화합물의 여기 상태는 단일항 여기 상태(S*) 또는 삼중항 여기 상태(T*)일 수 있다. 단일항 여기 상태로부터의 발광을 형광이라고 하고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 인광이라고 한다. 발광 소자에서의 이들 상태의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 생각된다. 그러므로 인광을 발하는 화합물(인광성 화합물)을 포함하는 발광 소자는 형광을 발하는 화합물(형광성 화합물)을 포함하는 발광 소자보다 발광 효율이 높다. 이러한 이유로, 근년에는 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자가 활발히 개발되고 있다.
인광성 화합물을 포함하는 발광 소자 중에서, 청색의 광을 방출하는 발광 소자는, 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 안정적인 화합물의 개발이 특히 어렵기 때문에 실용화에 아직 이르지 못하고 있다. 이러한 이유로, 더 안정적인 형광성 화합물을 포함하는 발광 소자의 개발이 진행되고 있고, 형광성 화합물을 포함하는 발광 소자(형광 소자)의 발광 효율을 높이는 기술이 모색되고 있다.
알려진 예로서, TADF(thermally activated delayed fluorescent) 재료를 포함하는 발광 소자가 있다. TADF 재료에서는, 역 항간 교차(reverse intersystem crossing)에 의하여 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태가 생성된 다음, 단일항 여기 에너지가 광으로 변환된다.
특허문헌 1에는 TADF 재료와 형광성 화합물을 포함하는 발광 소자에서, TADF 재료의 단일항 여기 에너지를 형광성 화합물로 이동시키고, 형광성 화합물로부터 발광을 얻는 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2014-045179호
T. Sajoto et al., J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 9813
형광 소자의 발광 효율을 높이기 위해서는, 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성하는 것과, 형광 재료에 대한 에너지 이동 효율이 높은 것이 요구된다. 따라서 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성하여 발광 소자의 발광 효율을 더 높이는 방법 및 재료의 개발이 요구되고 있다. 또한 구동 전압을 저감하기 위하여, 발광층에는 캐리어 수송성이 양호한 재료를 사용할 필요가 있다.
상기 관점에서, 본 발명의 일 형태의 과제는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 발광 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 전자 기기를 제공하는 것이다.
또한 상기 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태에서 상기 과제를 모두 달성할 필요는 없다. 다른 과제는 명세서 등의 기재로부터 명백해질 것이며 추출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 형광 소자의 삼중항 여기 에너지를 광으로 효율적으로 변환하는 방법의 개발에 대한 요구가 높아지고 있다. 그러므로 발광층에 사용하는 재료들 간의 에너지 이동 효율을 높일 필요가 있다.
상기 관점에서, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자이다. 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물을 포함한다. 제 1 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 기능을 갖는다. 제 2 유기 화합물은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는다. 제 3 유기 화합물은 단일항 여기 에너지를 광으로 변환하는 기능을 갖는다. 발광층으로부터 방출되는 광은 제 3 유기 화합물로부터 방출되는 광을 포함한다.
상기 구조에서, 제 1 유기 화합물은 제 3 유기 화합물에 여기 에너지를 공급하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자이다. 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물을 포함한다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성할 수 있다. 제 1 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 기능을 갖는다. 제 2 유기 화합물은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는다. 제 3 유기 화합물은 단일항 여기 에너지를 광으로 변환하는 기능을 갖는다. 발광층으로부터 방출되는 광은 제 3 유기 화합물로부터 방출되는 광을 포함한다.
상기 구조에서, 들뜬 복합체는 제 3 유기 화합물에 여기 에너지를 공급하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 벤조퓨로피리미딘 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격이거나, 벤조티에노피리미딘 골격은 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하다.
상기 구조에서, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치 또는 8위치에 치환기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 유기 화합물은 Ru, Rh, Pd, Os, Ir, 또는 Pt를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 유기 화합물은 인광을 방출하는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼은 제 3 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 부분적으로 중첩되는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 유기 화합물은 실온에서 0% 이상 40% 이하의 발광 양자 수율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 들뜬 복합체는 제 1 유기 화합물보다 높은 발광 효율로 광을 방출하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 3 유기 화합물은 형광을 방출하는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 유기 화합물의 단일항 여기 에너지와 삼중항 여기 에너지의 차이가 0eV 이상 0.2eV 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 어느 것을 갖는 발광 소자와, 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상기 표시 장치와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 전자 기기이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 어느 것을 갖는 발광 소자와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치이다. 본 발명의 일 형태의 범주에는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 전자 기기도 포함된다. 따라서 본 명세서에서 발광 장치란 화상 표시 장치 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 말한다. 발광 장치는, 발광 소자에 FPC(flexible printed circuit) 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 접속된 표시 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선 기판이 제공된 표시 모듈, 및 COG(chip on glass)법에 의하여 발광 소자에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 표시 모듈을 그 범주에 포함할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 발광 효율이 높은 발광 소자, 구동 전압이 낮은 발광 소자, 신뢰성이 높은 발광 소자, 소비전력이 낮은 발광 소자, 신규 발광 소자, 신규 발광 장치, 또는 신규 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 상기 효과 모두를 반드시 달성할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이고 추출될 수 있다.
첨부 도면에 있어서;
도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면 모식도이고, 도 1의 (C)는 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면 모식도이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 상면도 및 단면 모식도이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이다.
도 9의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 도시한 것이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 도시한 것이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 도시한 것이다.
도 13은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 14는 실시예에서의 발광 소자의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 15는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 16은 실시예에서의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 17은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 18은 실시예에서의 발광 소자의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 19는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 20은 실시예에서의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 21은 실시예에서의 시간 분해 발광 측정의 결과를 나타낸 것이다.
도 22는 실시예에서의 발광 스펙트럼과 흡수 스펙트럼의 관계를 나타낸 것이다.
도 23은 실시예에서의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 것이다.
도 24는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 25는 실시예에서의 발광 소자의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 26은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 27은 실시예에서의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 28은 실시예에서의 발광 스펙트럼과 흡수 스펙트럼의 관계를 나타낸 것이다.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 또한 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어나지 않고 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태 및 실시예의 내용에 한정하여 해석되지 말아야 한다.
또한 도면 등에 도시된 각 구성 요소의 위치, 크기, 또는 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 정확하게 나타내지 않은 경우가 있다. 따라서 개시된 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 또는 범위 등에 반드시 한정될 필요는 없다.
또한 본 명세서 등에서 제 1 및 제 2 등의 서수는 편의상 사용되는 것이고, 단계의 순서 또는 적층 순서를 나타내지 않는 경우가 있다. 따라서 예를 들어, "제 1"을 "제 2" 또는 "제 3"으로 적절히 바꿔도 설명이 가능하다. 또한 본 명세서 등에서의 서수는 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 것과 반드시 같지는 않다.
본 명세서 등에서 도면을 참조하여 발명의 구조를 설명하는 데 있어, 다른 도면에서의 같은 구성 요소를 같은 부호로 나타내는 경우가 있다.
본 명세서 등에서는, "막" 및 "층"이라는 용어를 서로 교체할 수 있다. 예를 들어, "도전막"이라는 용어를 "도전층"이라는 용어 대신에 사용할 수 있고, "절연층"이라는 용어를 "절연막"이라는 용어 대신에 사용할 수 있는 경우가 있다.
본 명세서 등에서, 단일항 여기 상태(S*)란 여기 에너지를 갖는 단일항 상태를 말한다. S1 준위는 단일항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위, 즉 가장 낮은 단일항 여기 상태(S1 상태)의 여기 에너지 준위를 의미한다. 삼중항 여기 상태(T*)란 여기 에너지를 갖는 삼중항 상태를 말한다. T1 준위는 삼중항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위, 즉 가장 낮은 삼중항 여기 상태(T1 상태)의 여기 에너지 준위를 의미한다. 또한 본 명세서 등에서, "단일항 여기 상태" 및 "단일항 여기 에너지 준위"는 각각 S1 상태 및 S1 준위를 의미하는 경우가 있다. 또한 "삼중항 여기 상태" 및 "삼중항 여기 에너지 준위"는 각각 T1 상태 및 T1 준위를 의미하는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 형광성 화합물이란, 단일항 여기 상태로부터 기저 상태로 완화될 때에 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 인광성 화합물이란, 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태로 완화될 때에 실온에서 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 즉, 인광성 화합물이란, 삼중항 여기 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 화합물을 말한다.
또한 본 명세서 등에서 실온이란 0℃ 내지 40℃의 범위의 온도를 말한다.
본 명세서 등에서 청색의 파장 영역은 400nm 이상 490nm 미만의 범위에 있고, 청색의 광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 녹색의 파장 영역은 490nm 이상 580nm 미만의 범위에 있고, 녹색의 광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 적색의 파장 영역은 580nm 내지 680nm의 범위에 있고, 적색의 광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 대하여 도 1의 (A) 내지 (C), 도 2의 (A) 및 (B), 도 3, 그리고 도 4의 (A) 및 (B)를 참조하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예 1>
먼저, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구조에 대하여 도 1의 (A) 내지 (C)를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)), 및 상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층(100)을 포함한다. EL층(100)은 적어도 발광층(130)을 포함한다.
도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(130)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 포함한다.
본 실시형태에서는, 한 쌍의 전극인 전극(101) 및 전극(102)을 각각 양극 및 음극으로서 설명하지만, 발광 소자(150)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 즉, 전극(101)이 음극이어도 좋고, 전극(102)이 양극이어도 좋고, 전극들 사이의 층들의 적층 순서가 거꾸로 되어도 좋다. 바꿔 말하면, 양극 측으로부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(130), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 이 순서대로 적층될 수 있다.
또한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 중 적어도 하나가 포함되기만 하면, EL층(100)의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 구조에 한정되지 않는다. 또는 EL층(100)은 예를 들어 정공 또는 전자의 주입 장벽을 저감하거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 저해하거나, 또는 전극으로 인한 퀀칭 현상을 억제할 수 있는 기능층을 포함하여도 좋다. 또한 기능층은 단층이어도 좋고 적층이어도 좋다.
다음으로, 발광층(130)에 대하여 이하에서 설명한다.
본 발명의 일 형태에서, 발광 소자(150)는 발광층(130)에 형광성 화합물을 포함하는 형광 소자이다. 형광 소자는 신뢰성이 높고, 발광 스펙트럼이 인광 소자보다 날카로운 경향이 있기 때문에 색 순도가 높다. 다만 유기 EL 소자에서, 삼중항 여기자에 대한 단일항 여기자의 생성 비율(이하에서는 여기자 생성 확률이라고 함)은 통계적 확률에 따라 1:3이다. 이는 단일항 여기자를 사용하여 광을 방출하는 형광 소자에서는, 생성되는 여기자의 25%만이 일반적으로 발광에 기여하는 것을 의미한다. 그러므로 형광 소자의 고효율화를 달성하기 위해서는, 삼중항 여기자를 발광에 기여시키는 것이 중요하다.
상기 관점에서, 본 발명자들은, 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 유기 화합물, 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물, 및 형광을 방출하는 유기 화합물을 포함한 발광층을 사용함으로써, 삼중항 여기자를 형광에 효율적으로 기여시킬 수 있다는 것, 즉 효율이 높은 형광 소자를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.
상기 벤조퓨로피리미딘 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하고, 상기 벤조티에노피리미딘 골격은 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 상기 유기 화합물의 전자 수송성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 구성은 상기 유기 화합물의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위를 저감하기 때문에, 발광층에서 상기 유기 화합물은 전자를 받기 쉬워져, 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다.
상기 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 상기 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치 및/또는 8위치에 치환기를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 발광 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
상기 4위치 및/또는 8위치의 치환기는 정공 수송성을 갖는 골격, 구체적으로는 예를 들어 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 또는 다이벤조싸이오펜 골격을 갖는 것이 바람직하다.
삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 상술한 유기 화합물의 예로서는, 인광을 발할 수 있는 화합물(이하에서는, 인광성 화합물이라고도 함)이 있다. 본 명세서 등에서 인광성 화합물은 저온(예를 들어, 77K) 내지 실온(즉, 77K 내지 313K)의 범위의 온도에서 인광은 발하지만 형광은 발하지 않는 화합물이다. 삼중항 여기 에너지를 광으로 효율적으로 변환하기 위하여 인광성 화합물이 중원자를 포함하는 것이 바람직하다. 인광성 화합물이 중원자를 포함하는 경우, 스핀 궤도 상호 작용(전자의 스핀 각운동량과 궤도 각운동량 사이의 상호 작용)에 의하여 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태 간의 전이가 허용된다. 따라서 인광성 화합물의 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태 간의 전이 확률이 높아지기 때문에, 상기 전이에 관련되는 발광 효율 및 흡수 확률을 높일 수 있다. 또한 상기 인광성 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위로부터 형광성 화합물의 단일항 여기 에너지 준위로의 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동도 허용된다. 에너지 이동을 가능하게 하기 위해서는, 인광성 화합물이 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소, 구체적으로는 전이 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 인광성 화합물이 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt)), 특히 이리듐을 포함하는 경우에는, 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태 간의 직접 전이의 확률을 높일 수 있기 때문에 특히 바람직하다.
삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 재료의 다른 예로서는, TADF(thermally activated delayed fluorescent) 재료가 있다. 또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 재료이다. 그러므로 소량의 열 에너지를 사용하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 업컨버전(즉, 역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 2종류의 물질로 여기 상태를 형성하는 들뜬 복합체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서 기능한다.
도 1의 (B)는 도 1의 (A)에서의 발광층(130)의 예를 도시한 단면 모식도이다. 도 1의 (B)에 도시된 발광층(130)은 화합물(131), 화합물(132), 및 화합물(133)을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 화합물(131)은 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있고, 화합물(132)은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물이고, 화합물(133)은 형광을 발하는 게스트 재료이다.
<발광층의 구조예 1>
도 1의 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 포함되는 발광층에서의 에너지 준위의 상관의 예를 나타낸 것이다. 본 구조예에서, 화합물(131)은 인광성 화합물이다.
구체적으로는, 도 1의 (C)는 발광층(130)에서의 화합물(131, 132, 및 133)의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다. 도 1의 (C)에서의 용어 및 부호가 무엇을 나타내는지는 다음과 같다.
Comp(131): 화합물(131);
Comp(132): 화합물(132);
Guest(133): 화합물(133);
TC1: 화합물(131)의 T1 준위;
SC2: 화합물(132)의 S1 준위;
TC2: 화합물(132)의 T1 준위;
SG: 화합물(133)의 S1 준위; 및
TG: 화합물(133)의 T1 준위.
도 1의 (C)에서는, 화합물(131) 또는 화합물(132)이 정공 및 전자를 받으면, 여기 상태가 형성된다. 여기서, 화합물(131)은 인광성 화합물이기 때문에, 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차가 허용된다. 그러므로 화합물(132)의 단일항 여기 에너지와 삼중항 여기 에너지의 양쪽을 화합물(131)로 신속하게 이동시킬 수 있다(도 1의 (C)의 루트 A1). 이때 SC2≥TC2 및 TC2≥TC1이 바람직하다. 발광층(130)은 화합물(131, 132, 및 133)의 혼합물로 형성되지만, 이 혼합물에서는 화합물(132)의 비율이 화합물(131)의 비율보다 높은 것이 바람직하고, 구체적으로는 화합물(132)에 대한 화합물(131)의 중량비가 1:9 내지 3:7의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하여 화합물(131)을 효율적으로 여기시킬 수 있다. 또한 화합물(131)은 인광성 화합물이기 때문에, 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지를 화합물(133)의 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다(도 1의 (C)의 루트 A2). 여기서, 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이 SC2≥TC1≥SG인 경우에는, 단일항 여기 에너지가 게스트 재료로서 기능하는 화합물(133)로 효율적으로 이동하기 때문에 바람직하다. 또한 TC2≥TC1≥SG인 경우에는, 삼중항 여기 에너지가 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환되고, 게스트 재료인 화합물(133)로 이동하기 때문에 바람직하다.
TC1로부터 TG로 이동하는 삼중항 여기 에너지는 불활성화된다(도 1의 (C)의 루트 A3). 이러한 이유로, 루트 A3을 경유하여 이동하는 에너지양은 적은 것이 바람직하다. 루트 A3을 경유한 에너지 이동을 피하기 위해서는, 화합물(131 및 132)의 총량에 대한 화합물(133)의 중량비가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.001 내지 0.05의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.001 내지 0.01의 범위에 있는 것이 더 바람직하다.
또한 화합물(133)에서 캐리어의 직접 재결합 과정이 지배적이면, 화합물(133)에서 삼중항 여기자가 다수 생성되기 때문에, 열 불활성화로 인하여 발광 효율이 저하된다. 그러므로 루트 A2를 경유한 에너지 이동 과정의 비율이 화합물(133)에서의 캐리어의 직접 재결합 과정의 비율보다 높은 경우에는, 화합물(133)의 삼중항 여기 상태의 생성 확률을 저감할 수 있고 열 불활성화를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 이 조건으로 하기 위해서는, 화합물(131 및 132)의 총량에 대한 화합물(133)의 중량비가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.001 내지 0.05의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.001 내지 0.01의 범위에 있는 것이 더 바람직하다.
발광층(130)이 상술한 구조를 가지면, 발광층(130)의 형광성 화합물로부터 방출되는 광을 효율적으로 얻을 수 있다.
또한 TG가 2.0eV 이하인 경우에는, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있어 바람직하다.
상기 구조에서는, 인광성 화합물에 발광 양자 수율이 높은 재료를 사용할 필요가 없기 때문에, 재료 설계가 용이해지고, 재료를 넓은 선택 범위에서 선택할 수 있다. 구체적으로는 상기 화합물의 발광 양자 수율은 실온 또는 상온에서 0% 내지 50%, 0% 내지 40%, 0% 내지 25%, 0% 내지 10%, 또는 0% 내지 1%의 범위에 있어도 좋다.
상술한 바와 같이, 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물 중 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물은 LUMO 준위가 낮기 때문에, 전자 수송성을 갖는 화합물(132)에 적합하다.
<발광층의 구조예 2>
도 2의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(150)의 발광층(130)에서의 에너지 준위의 상관의 예를 나타낸 것이다. 본 구조예에서, 화합물(131)은 인광성 화합물이고, 화합물(131) 및 화합물(132)은 들뜬 복합체를 형성한다.
화합물(131)과 화합물(132)의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있기만 하면 좋지만, 이들 중 한쪽이 정공 수송성을 갖는 화합물이고 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이 경우, 도너-억셉터 들뜬 복합체가 쉽게 형성되기 때문에, 들뜬 복합체의 효율적인 형성이 가능하다. 화합물(131 및 132)이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우에는, 그 혼합비를 조정함으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 전자 수송성을 갖는 화합물에 대한 정공 수송성을 갖는 화합물의 중량비가 1:9 내지 9:1의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 상기 구성을 가지면 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 화합물(131), 화합물(132), 및 이들 화합물을 혼합시킨 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하고, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 화합물의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 갖는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 들뜬 복합체의 형성은, 화합물(131), 화합물(132), 및 이들 화합물을 혼합시킨 혼합막의 과도 포토루미네선스(PL)를 비교하고, 과도 응답의 차이(예를 들어, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 화합물의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 갖거나 지연 성분의 비율이 높은 현상)를 관측함으로써 확인할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는, 화합물(131 및 132) 중 한쪽의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위가 상기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위보다 높고, 상기 화합물 중 한쪽의 LUMO 준위가 상기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 화합물(131)과 화합물(132)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.2eV 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.3eV 이상이다. 또한 화합물(131)과 화합물(132)의 LUMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.2eV 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.3eV 이상이다. 이러한 에너지 준위의 상관으로 하면 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 화합물(131) 및 화합물(132)에 쉽게 주입되므로 바람직하다. 또한 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(132)의 HOMO 준위와 동등하거나, 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(132)의 LUMO 준위와 동등하여도 좋다.
또한 화합물의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는, 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 측정되는 화합물의 전기 화학적 특성(환원 전위 및 산화 전위)로부터 도출할 수 있다.
예를 들어, 화합물(131)이 정공 수송성을 갖고, 화합물(132)이 전자 수송성을 갖는 경우에는, 도 2의 (A)의 에너지 밴드도에서와 같이, 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(132)의 HOMO 준위보다 높고, 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(132)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 이러한 에너지 준위의 상관으로 하면 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 각각 화합물(131) 및 화합물(132)에 쉽게 주입되므로 바람직하다.
도 2의 (A)에서, Comp(131)는 화합물(131)을, Comp(132)는 화합물(132)을, ΔEC1은 화합물(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를, ΔEC2는 화합물(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를, ΔEE는 화합물(132)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타낸다.
화합물(131) 및 화합물(132)에 의하여 형성되는 들뜬 복합체는 화합물(131)에 HOMO를 갖고 화합물(132)에 LUMO를 갖는다. 상기 들뜬 복합체의 여기 에너지는 화합물(132)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEE)에 실질적으로 상당하고, 이는 화합물(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEC1) 및 화합물(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEC2)보다 작다. 그러므로 화합물(131) 및 화합물(132)이 들뜬 복합체를 형성하면, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 더 낮은 여기 에너지를 갖기 때문에, 상기 들뜬 복합체는 안정적인 여기 상태를 형성할 수 있다.
도 2의 (B)는 발광층(130)에서의 화합물(131, 132, 및 133)의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다. 도 2의 (B)에서 SC1은 화합물(131)의 S1 준위를, SE는 들뜬 복합체의 S1 준위를, TE는 들뜬 복합체의 T1 준위를 나타낸다. 도 2의 (B)에서의 그 외의 용어 및 부호는 도 1의 (C)에 나타낸 것과 같다.
본 구조예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서 발광층(130)에 포함되는 화합물(131) 및 화합물(132)이 들뜬 복합체를 형성한다. 들뜬 복합체의 S1 준위(SE)와 T1 준위(TE)는 서로 인접한다(도 2의 (B)의 루트 A4 참조).
상기 과정을 거쳐 형성된 들뜬 복합체는, 예를 들어 광을 방출하거나 여기 에너지를 다른 재료에 공급함으로써 여기 에너지를 잃고 기저 상태가 되면, 들뜬 복합체를 형성하는 2개의 물질은 원래의 별개의 물질로서 개별적으로 작용한다.
들뜬 복합체의 여기 에너지 준위(SE 및 TE)는, 들뜬 복합체를 형성하는 물질(즉, 화합물(131 및 132))의 S1 준위(SC1 및 SC2)보다 낮기 때문에, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 이로써, 발광 소자(150)의 구동 전압을 저감할 수 있다.
들뜬 복합체의 S1 준위 및 T1 준위(SE 및 TE)는 서로 인접하기 때문에, 들뜬 복합체는 열 활성화 지연 형광을 나타내는 기능을 갖는다. 바꿔 말하면, 들뜬 복합체는 업컨버전에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는다. 그러므로 발광층(130)에서 생성된 삼중항 여기 에너지는 들뜬 복합체에 의하여 부분적으로 단일항 여기 에너지로 변환된다. 이 변환을 일으키기 위하여, 들뜬 복합체의 S1 준위와 T1 준위(SE 및 TE)의 에너지 차이는 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하이고, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하이다. 또한 역 항간 교차를 효율적으로 일으키기 위해서는, 들뜬 복합체의 T1 준위(TE)가, 들뜬 복합체를 형성하는 화합물(131 및 132)의 T1 준위(TC1 및 TC2)보다 낮은 것이 바람직하다. 이로써, 화합물(131) 및 화합물(132)에 의하여 형성되는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지의 퀀칭이 쉽게 일어나지 않으므로, 들뜬 복합체에 의한 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지로의 역 항간 교차가 효율적으로 발생한다.
들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위(SE)는, 발광 재료로서 기능하는 화합물(133)의 단일항 여기 에너지 준위(SG)보다 높은 것이 바람직하다. 이러한 에너지 준위의 상관으로 함으로써, 형성된 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지는, 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 준위(SE)로부터 화합물(133)의 단일항 여기 에너지 준위(SG)로 이동할 수 있다.
여기서, 화합물(131)과 화합물(132)의 에너지 준위의 상관은 도 2의 (B)에 나타낸 것이 한정되지 않는다. 바꿔 말하면, 화합물(131)의 단일항 여기 에너지 준위(SC1)는 화합물(132)의 단일항 여기 에너지 준위(SC2)보다 높아도 좋고 낮아도 좋고, 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지 준위(TC1)는 화합물(132)의 삼중항 여기 에너지 준위(TC2)보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
본 발명의 일 형태에서는 들뜬 복합체를 형성하는 화합물들 중 한쪽으로서 인광성 화합물을 사용하기 때문에, 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차가 허용된다. 그러므로 삼중항 여기 상태를 단일항 기저 상태로 전이할 수 있는 들뜬 복합체를 형성할 수 있다. 이 경우, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위(TE)는 발광 재료인 화합물(133)의 단일항 여기 에너지 준위(SG)보다 높은 것이 바람직하다. 이러한 에너지 준위의 상관으로 함으로써, 형성된 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지는, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위(TE)로부터 화합물(133)의 단일항 여기 에너지 준위(SG)로 이동할 수 있다. 또한 들뜬 복합체의 S1 준위 및 T1 준위(SE 및 TE)는 서로 인접하기 때문에, 발광 스펙트럼에서 형광과 인광을 서로 명확하게 구별하기 어려울 수 있다. 이 경우에는, 발광 수명에서 형광과 인광을 서로 구별할 수 있는 경우가 있다.
상술한 에너지 이동 과정을 거쳐, 화합물(133)은 단일항 여기 상태가 되고 광을 방출할 수 있다(도 2의 (B)의 루트 A5 참조).
TE로부터 TG로 이동하는 삼중항 여기 에너지는 불활성화된다(도 2의 (B)의 루트 A6). 이러한 이유로, 루트 A6을 경유하여 이동하는 에너지양은 적은 것이 바람직하다. 루트 A6을 경유한 에너지 이동을 피하기 위해서는, 화합물(131 및 132)의 총량에 대한 화합물(133)의 중량비가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.001 내지 0.05의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.001 내지 0.01의 범위에 있는 것이 더 바람직하다.
또한 화합물(133)에서 캐리어의 직접 재결합 과정이 지배적이면, 화합물(133)에서 삼중항 여기자가 다수 생성되기 때문에, 열 불활성화로 인하여 발광 효율이 저하된다. 그러므로 들뜬 복합체의 형성 과정을 경유한 에너지 이동(도 2의 (B)의 루트 A5)의 비율이 화합물(133)에서의 캐리어의 직접 재결합 과정의 비율보다 높은 경우에는, 화합물(133)의 삼중항 여기 상태의 생성 확률을 저감할 수 있고 열 불활성화를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 이 조건으로 하기 위해서는, 화합물(131 및 132)의 총량에 대한 화합물(133)의 중량비가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.001 내지 0.05의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.001 내지 0.01의 범위에 있는 것이 더 바람직하다.
또한 TG가 2.0eV 이하인 경우에는, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있어 바람직하다.
또는 화합물(131)이 전자 수송성을 가져도 좋고, 화합물(132)이 정공 수송성을 가져도 좋다. 이 경우, 화합물(132)의 HOMO 준위가 화합물(131)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 화합물(132)의 LUMO 준위가 화합물(131)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다.
화합물(132)에 대한 화합물(131)의 중량비는 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 화합물(132)에 대한 화합물(131)의 중량비는 바람직하게는 0.01 내지 0.5의 범위에 있고, 더 바람직하게는 0.05 내지 0.3의 범위에 있다.
상술한 식으로 루트 A4 및 루트 A5를 거친 에너지 이동 과정이 모두 효율적으로 일어나면, 발광층(130)에서 생성된 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽이 화합물(133)의 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환되기 때문에, 발광 소자(150)는 높은 발광 효율로 광을 방출할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서, 화합물(132)에 포함되는 벤조퓨로피리미딘 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하고, 화합물(132)에 포함되는 벤조티에노피리미딘 골격은 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 화합물(132)의 LUMO 준위를 저감하므로, 들뜬 복합체를 형성하는 데 적합하다.
상기 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 상기 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치 및/또는 8위치에 치환기를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 화합물(132)의 LUMO 준위를 저감하므로, 들뜬 복합체를 형성하는 데 적합하다.
본 명세서 등에서는, 상술한 루트 A4 및 루트 A5를 거친 과정을 ExSET(exciplex-singlet energy transfer) 또는 ExEF(exciplex-enhanced fluorescence)라고 할 수 있다. 바꿔 말하면, 발광층(130)에서는, 들뜬 복합체로부터 형광성 화합물로 여기 에너지가 공급된다.
발광층(130)이 상술한 구조를 가지면, 형광성 화합물로부터 방출되는 광을 효율적으로 얻을 수 있다.
<발광층의 구조예 3>
도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 포함되는 발광층에서의 에너지 준위의 상관의 예를 나타낸 것이다. 본 구조예에서, 화합물(131)은 TADF 재료이다. 또한 SC1은 화합물(131)의 S1 준위를 나타내고, 도 3에서의 그 외의 용어 및 부호는 도 1의 (C)에 나타낸 것과 같다.
도 3에서는, 화합물(131) 또는 화합물(132)이 정공 및 전자를 받으면, 여기 상태가 형성된다. 화합물(132)의 여기 에너지를 화합물(131)로 신속하게 이동시킬 수 있다(루트 A7). 이때 SC2≥SC1 및 TC2≥TC1이 바람직하다. 여기서, 발광층(130)은 화합물(131, 132, 및 133)의 혼합물로 형성되지만, 이 혼합물에서는 화합물(132)의 비율이 화합물(131)의 비율보다 높은 것이 바람직하고, 구체적으로는 화합물(132)에 대한 화합물(131)의 중량비가 1:9 내지 3:7의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하여 화합물(131)을 효율적으로 여기시킬 수 있다. 화합물(131)은 TADF 재료이기 때문에, 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지는 실온 근방의 온도에서 단일항 여기 에너지로 업컨버트된다(루트 A8). 또한 화합물(131)의 단일항 여기 에너지 준위(SC1)로부터 화합물(133)의 단일항 여기 에너지 준위(SG)로의 에너지 이동(즉, 루트 A9)은 허용되기 때문에, 루트 A8 및 루트 A9의 과정을 거치면 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지를 화합물(133)의 단일항 여기 에너지(SG)로 이동할 수 있다. 여기서 도 3에 나타낸 바와 같이 TC2≥TC1≥SG인 경우에는, 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽이 화합물(131) 및 화합물(132)로부터 게스트 재료인 화합물(133)로 효율적으로 이동하기 때문에 바람직하다.
상술한 업컨버전을 효율적으로 진행하기 위해서는, TADF 재료의 S1 준위(SC1)와 T1 준위(TC1)의 에너지 차이는 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하이고, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하이다.
TC2로부터 TG로 이동하는 삼중항 여기 에너지는 불활성화된다(도 3의 루트 A10). 이러한 이유로, 루트 A10을 경유하여 이동하는 에너지양은 적은 것이 바람직하다. 루트 A10을 경유한 에너지 이동을 피하기 위해서는, TC1과 TG의 에너지 차이가 큰 것이 바람직하기 때문에, TG는 2.0eV 이하인 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 발광 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
발광층(130)이 상술한 구조를 가지면, 발광층(130)의 형광성 화합물로부터 방출되는 광을 효율적으로 얻을 수 있다.
<발광층의 구조예 4>
도 4의 (A)는 4종류의 재료를 포함하는 발광층(130)을 나타낸 것이다. 도 4의 (A)에서 발광층(130)은 화합물(131), 화합물(132), 화합물(133), 및 화합물(134)을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 화합물(131)은 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있고, 화합물(132)은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물이고, 화합물(133)은 형광을 방출하는 게스트 재료이고, 화합물(134)은 화합물(132)과 함께 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물이다.
도 4의 (B)는 발광층(130)에서의 화합물(131, 132, 133, 및 134)의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다. 도 4의 (B)에서 SC3 및 TC3은 화합물(134)의 S1 준위와 T1 준위를 나타낸다. 도 4의 (B)에서의 그 외의 용어 및 부호는 도 2의 (B)에 나타낸 것과 같다.
본 구조예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서 발광층(130)에 포함되는 화합물(132) 및 화합물(134)이 들뜬 복합체를 형성한다. 들뜬 복합체의 S1 준위(SE)와 T1 준위(TE)는 서로 인접한다(도 4의 (B)의 루트 A11 참조).
상술한 바와 같이, 상술한 과정을 거쳐 형성된 들뜬 복합체가 여기 에너지를 잃으면, 들뜬 복합체를 형성하는 2개의 물질은 원래의 별개의 물질로서 개별적으로 작용한다.
들뜬 복합체의 여기 에너지 준위(SE 및 TE)는, 들뜬 복합체를 형성하는 물질(즉, 화합물(132 및 134))의 S1 준위(SC2 및 SC3)보다 낮기 때문에, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 이로써, 발광 소자(150)의 구동 전압을 저감할 수 있다.
여기서, 화합물(131)은 인광성 화합물이기 때문에, 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차가 허용된다. 그러므로 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지와 삼중항 여기 에너지의 양쪽이 화합물(131)로 신속하게 이동된다(루트 A12). 이때 TE≥TC1이 바람직하다. 또한 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지를 화합물(133)의 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다(루트 A13). 여기서, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이 TE≥TC1≥SG인 경우에는, 화합물(131)의 여기 에너지가 단일항 여기 에너지로서 게스트 재료인 화합물(133)로 효율적으로 이동하기 때문에 바람직하다.
여기서는 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 화합물(132)과 화합물(134)의 어떤 조합도 허용되지만, 이들 중 한쪽이 정공 수송성을 갖는 화합물이고 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이 경우, 도너-억셉터 들뜬 복합체가 쉽게 형성되기 때문에, 들뜬 복합체의 효율적인 형성이 가능하다. 화합물(132 및 134)이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우에는, 그 혼합비를 조정함으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 전자 수송성을 갖는 화합물에 대한 정공 수송성을 갖는 화합물의 중량비가 1:9 내지 9:1의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 상기 구성을 가지면 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는, 화합물(132 및 134) 중 한쪽의 HOMO 준위가 상기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위보다 높고, 상기 화합물 중 한쪽의 LUMO 준위가 상기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 화합물(132)과 화합물(134)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.2eV 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.3eV 이상이다. 또한 화합물(132)과 화합물(134)의 LUMO 준위의 에너지 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.2eV 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.3eV 이상이다. 이러한 에너지 준위의 상관으로 하면 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 화합물(132) 및 화합물(134)에 쉽게 주입되므로 바람직하다. 또한 화합물(132)의 HOMO 준위가 화합물(134)의 HOMO 준위와 동등하거나, 화합물(132)의 LUMO 준위가 화합물(134)의 LUMO 준위와 동등하여도 좋다.
화합물(132)과 화합물(134)의 에너지 준위의 상관은 도 4의 (B)에 나타낸 것이 한정되지 않는다. 바꿔 말하면, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지 준위(SC2)는 화합물(134)의 단일항 여기 에너지 준위(SC3)보다 높아도 좋고 낮아도 좋고, 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지 준위(TC1)는 화합물(134)의 삼중항 여기 에너지 준위(TC3)보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 화합물(132)에서, 벤조퓨로피리미딘 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하고, 벤조티에노피리미딘 골격은 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 화합물(132)의 LUMO 준위를 저감하므로, 들뜬 복합체를 형성하는 데 적합하다.
상기 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 상기 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치 및/또는 8위치에 치환기를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 화합물(132)의 LUMO 준위를 저감하므로, 들뜬 복합체를 형성하는 데 적합하다.
TC1로부터 TG로 이동하는 삼중항 여기 에너지는 불활성화된다(도 4의 (B)의 루트 A14). 이러한 이유로, 루트 A14를 경유하여 이동하는 에너지양은 적은 것이 바람직하다. 루트 A14를 경유한 에너지 이동을 피하기 위해서는, 화합물(131, 132, 및 134)의 총량에 대한 화합물(133)의 중량비가 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.001 내지 0.05의 범위에 있는 것이 바람직하고, 0.001 내지 0.01의 범위에 있는 것이 더 바람직하다.
또한 TG가 2.0eV 이하인 경우에는, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있어 바람직하다.
<에너지 이동 기구>
여기서, 분자간 에너지 이동의 과정을 제어하는 인자에 대하여 설명한다. 분자간 에너지 이동의 기구로서는 2가지 기구, 즉 푀르스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용)와 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)가 제안되고 있다. 여기서는, 여기 상태에 있는 제 1 재료와 기저 상태에 있는 제 2 재료의 분자간 에너지 이동 과정에 대하여 설명하지만, 이들 재료 중 한쪽이 들뜬 복합체인 경우에도 이 에너지 이동 과정을 적용할 수 있다.
<<푀르스터 기구>>
푀르스터 기구에서는 에너지 이동에 분자간의 직접적인 접촉이 필요하지 않고, 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 쌍극자 진동의 공명을 통하여 에너지가 이동한다. 쌍극자 진동의 공명에 의하여 제 1 재료가 제 2 재료에 에너지를 제공하기 때문에, 여기 상태에 있는 제 1 재료가 기저 상태가 되고 기저 상태에 있는 제 2 재료가 여기 상태가 된다. 푀르스터 기구의 속도 상수 k h *→ g 를 수학식 1로 나타낸다.
[수학식 1]
Figure pct00001
수학식 1에서 ν는 진동수를 나타내고, f' h (ν)는 제 1 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε g (ν)는 제 2 재료의 몰 흡광 계수를 나타내고, N은 아보가드로 수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R는 제 1 재료와 제 2 재료의 분자간 거리를 나타내고, τ는 측정되는 여기 상태의 수명(형광 수명 또는 인광 수명)을 나타내고, c는 광속도를 나타내고, φ는 발광 양자 수율(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율)을 나타내고, K 2는 제 1 재료와 제 2 재료의 전이 쌍극자 모멘트의 배향을 나타내는 계수(0 내지 4)를 나타낸다. 또한 랜덤 배향의 경우 K 2는 2/3이다.
<<덱스터 기구>>
덱스터 기구에서는 제 1 재료와 제 2 재료가 이들의 궤도가 중첩되는 접촉 유효 범위에 접근하므로, 여기 상태에 있는 제 1 재료와 기저 상태에 있는 제 2 재료 간에서 전자가 교환되어 에너지가 이동된다. 덱스터 기구의 속도 상수 k h *→ g 를 수학식 2로 나타낸다.
[수학식 2]
Figure pct00002
수학식 2에서 h는 플랑크 상수를 나타내고, K는 에너지 차원을 갖는 상수를 나타내고, ν는 진동수를 나타내고, f' h (ν)는 제 1 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε' g (ν)는 제 2 재료의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R는 제 1 재료와 제 2 재료의 분자간 거리를 나타낸다.
여기서, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 에너지 이동 효율(에너지 이동 효율 φ ET )은 수학식 3으로 나타내어진다. 이 수학식에서 k r는 제 1 재료의 발광 과정(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광)의 속도 상수를 나타내고, k n 은 제 1 재료의 비발광 과정(열 불활성화 또는 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 측정되는 제 1 재료의 여기 상태의 수명을 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pct00003
수학식 3에 따르면, 에너지 이동 효율 φ ET 는, 에너지 이동의 속도 상수 k h *→ g 를 크게 하여 다른 경합하는 속도 상수 k r +k n (=1/τ)이 상대적으로 작아지도록 함으로써 높일 수 있다.
<<에너지 이동을 촉진하기 위한 개념>>
먼저, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에 대하여 설명한다. 수학식 3에 수학식 1을 대입하면, τ를 소거할 수 있다. 그러므로 푀르스터 기구에서 에너지 이동 효율 φ ET 는 제 1 재료의 여기 상태의 수명 τ에 의존하지 않는다. 또한 발광 양자 수율 φ(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율)가 높을수록 더 높은 에너지 이동 효율 φ ET 가 얻어진다고 할 수 있다.
제 1 재료의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 또한 제 2 재료의 몰 흡광 계수가 높은 것이 바람직하다. 이는 제 1 재료의 발광 스펙트럼이 제 2 재료의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩되는 것을 의미한다. 제 2 재료에서 단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이는 금지되기 때문에, 제 2 재료의 삼중항 여기 상태에서의 몰 흡광 계수는 무시할 수 있다. 그러므로 푀르스터 기구에 의한 제 1 재료의 여기 상태로부터 제 2 재료로의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동의 과정은 무시할 수 있고, 제 2 재료의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동의 과정만을 고려한다.
다음으로, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동에 대하여 설명한다. 수학식 2에 따르면, 속도 상수 k h *→ g 를 크게 하기 위해서는, 제 1 재료의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 그러므로 에너지 이동 효율은, 제 1 재료의 발광 스펙트럼을 제 2 재료의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩시킴으로써 최적화할 수 있다.
수학식 3에 수학식 2를 대입하면, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율 φ ET 가 τ에 의존하는 것을 알 수 있다. 전자 교환에 기초한 에너지 이동 과정인 덱스터 기구에서는, 제 1 재료의 단일항 여기 상태로부터 제 2 재료의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동에 더하여, 제 1 재료의 삼중항 여기 상태로부터 제 2 재료의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동이 일어난다.
제 1 재료로부터 제 2 재료로의 에너지 이동과 비슷한 식으로, 들뜬 복합체로부터 형광성 화합물로의 에너지 이동 과정에서는 푀르스터 기구 및 덱스터 기구의 양쪽 모두에 의한 에너지 이동이 일어난다.
제 2 재료가 형광성 화합물인 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는, 제 2 재료의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동 효율이 낮은 것이 바람직하다. 즉, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 덱스터 기구에 기초한 에너지 이동 효율은 낮은 것이 바람직하고, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 푀르스터 기구에 기초한 에너지 이동 효율은 높은 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 푀르스터 기구에서의 에너지 이동 효율은 제 1 재료의 여기 상태의 수명 τ에 의존하지 않는다. 한편, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율은 제 1 재료의 여기 상태의 수명 τ에 의존한다. 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율을 저하시키기 위해서는, 제 1 재료의 여기 상태의 수명 τ가 짧은 것이 바람직하다.
상기 관점에서, 본 발명의 일 형태에서는, 제 1 재료에 들뜬 복합체 또는 TADF 재료를 사용하고, 상기 들뜬 복합체를 형성하는 화합물들 중 한쪽이 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 구조에 의하여, 들뜬 복합체(제 1 재료)의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 역 항간 교차를 촉진시키고, 들뜬 복합체(제 1 재료)의 삼중항 여기 상태의 수명 τ를 짧게 할 수 있다. 또한 들뜬 복합체(제 1 재료)의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로의 전이를 촉진시키고, 들뜬 복합체(제 1 재료)의 삼중항 여기 상태의 수명 τ를 짧게 할 수 있다. 이 결과, 들뜬 복합체(제 1 재료)의 삼중항 여기 상태로부터 형광성 화합물(제 2 재료)의 삼중항 여기 상태로의 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율을 저하시킬 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한 들뜬 복합체로부터 방출되는 광 중 TADF 성분의 형광 수명은 짧은 것이 바람직하고, 구체적으로는 바람직하게는 10ns 내지 50μs의 범위에 있고, 더 바람직하게는 10ns 내지 20μs의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 10ns 내지 10μs의 범위에 있다.
푀르스터 기구의 속도 상수는 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 거리의 6제곱에 반비례하고, 덱스터 기구의 속도 상수는 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 거리의 지수 함수에 반비례한다. 따라서 2개의 분자들 사이의 거리가 약 1nm 이하인 경우에는 덱스터 기구가 우세하고, 상기 거리가 약 1nm 이상인 경우에는 푀르스터 기구가 우세하다. 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율을 저하시키기 위해서는, 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 거리가 큰 것이 바람직하고, 구체적으로는 바람직하게는 0.7nm 이상이고, 더 바람직하게는 0.9nm 이상이고, 더욱 바람직하게는 1nm 이상이다. 또한 푀르스터 기구에서 에너지 이동을 효율적으로 일으키기 위해서는, 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 거리가 5nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 관점에서, 본 발명의 일 형태에서는 형광성 화합물인 화합물(133)은 탄소수가 각각 2 이상인 적어도 2개의 알킬기를 포함하는 것이 바람직하다. 또는 화합물(133)은 탄소수가 각각 3 내지 10인 적어도 2개의 분기된 알킬기를 포함하는 것이 바람직하다. 또는 화합물(133)은 탄소수가 각각 3 내지 10인 적어도 2개의 환식 탄화수소기, 혹은 탄소수가 각각 3 내지 10인 적어도 2개의 가교 환식(bridged cyclic) 탄화수소기를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 화합물(133)은 탄소수 3 내지 12의 축합 방향족 탄화수소를 포함하는 것이 바람직하다.
<재료>
다음으로, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구성 요소에 대하여 이하에서 자세히 설명한다.
<<발광층>>
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 이하에서 설명한다.
화합물(132)은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물이다. 상기 유기 화합물은 전자 수송성이 양호하고 T1 준위가 높기 때문에, 발광층의 호스트 재료로서 적합하다.
상기 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 상기 벤조티에노피리미딘 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격인 것이 바람직하고, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치 및/또는 8위치에 치환기를 갖는 것이 더 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 발광 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
상기 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 상기 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 화합물의 예로서는, 나프토퓨로피리미딘일기 또는 나프토티에노피리미딘일기를 갖는 유기 화합물이 있다. 나프토퓨로피리미딘일기 또는 나프토티에노피리미딘일기를 갖는 유기 화합물은 신뢰성이 높고, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 적합하게 사용된다.
상기 벤조퓨로피리미딘 골격 및 상기 벤조티에노피리미딘 골격의 예로서는, 하기 일반식(101) 내지 일반식(114)으로 나타내어지는 골격이 있다. 일반식(101) 내지 일반식(114)에서 X는 산소 원자 또는 황 원자를 나타내고, Ht1 및 Ht2는 각각 독립적으로 수소 또는 이하에 나타내는 (Ht-1) 내지 (Ht-13) 중 어느 하나를 나타내고, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 또는 이하에 나타내는 (Ar-1) 내지 (Ar-27) 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 본 발명의 일 형태에 사용할 수 있는 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물은 이하에서 예시하는 것에 한정되지 않는다.
[화학식 1]
Figure pct00004
상기 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 상기 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4위치 및/또는 8위치에서 결합되는 치환기는, 일반식(101) 내지 일반식(114)에서 Ht로 나타내어지는, π전자 과잉형 헤테로방향족 골격을 갖는 치환기인 것이 바람직하다. 상기 골격이 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이면 안정성이 높고 신뢰성이 높기 때문에 바람직하고, 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 또는 다이벤조싸이오펜 골격이 더 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
상기 π전자 과잉형 헤테로방향족 골격의 예에는 하기 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-13)으로 나타내어지는 골격이 포함된다. 또한 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-13)에서 X는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
[화학식 2]
Figure pct00005
위에 나타낸 일반식(101) 내지 일반식(114) 및 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-13)에서는 치환기가 포함되어도 좋다. 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 혹은 탄소수 6 내지 12의 치환 또는 비치환된 아릴기를 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 12의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 및 바이페닐기가 포함된다. 상기 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌 골격에서의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 갖는 경우에는, 상기 페닐기들이 결합하여 스파이로플루오렌 골격을 형성한다. 또한 비치환된 기는 합성이 용이하고 원료가 저렴하다는 장점을 갖는다.
일반식(101) 내지 일반식(114)에서 Ar1 및 Ar2로서 나타내어지는 치환기는 각각 독립적으로 예를 들어, 수소 혹은 탄소수 6 내지 25의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 25의 아릴기의 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 터페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 구체적인 예로서는 하기 구조식(Ar-28) 내지 구조식(Ar-46)으로 나타내어지는 기가 있다. 또한 Ar1 및 Ar2로 나타내어지는 치환기는 여기서 예시하는 것에 한정되지 않는다.
[화학식 3]
Figure pct00006
일반식(Ht-2), 일반식(Ht-5), 일반식(Ht-8), 및 일반식(Ht-11) 내지 일반식(Ht-13)에서, Ar는 단일 결합된 아릴렌기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내어도 좋다. 상기 아릴렌기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌일기에서의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 갖고, 상기 페닐기들이 결합하여 스파이로플루오렌 골격을 형성한다. 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기의 구체적인 예에는 페닐렌기, 나프탈렌다이일기, 바이페닐다이일기, 및 플루오렌다이일기가 포함된다. 상기 아릴렌기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기일 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 12의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 및 바이페닐기가 포함된다.
Ar로 나타내어지는 아릴렌기로서는, 예를 들어 하기 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-27)으로 나타내어지는 기 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한 Ar로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 4]
Figure pct00007
일반식(Ht-3), 일반식(Ht-6), 및 일반식(Ht-9)에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기 또는 페닐기는 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기를 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 12의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 및 바이페닐기가 포함된다.
R1로 나타내어지는 알킬기 또는 아릴기로서는, 예를 들어 하기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-32)으로 나타내어지는 기 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한 알킬기 또는 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 5]
Figure pct00008
일반식(101) 내지 일반식(114), 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-13), Ar, 및 R1에 포함될 수 있는 치환기로서는, 예를 들어 상기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-32)으로 나타내어지는 알킬기 또는 아릴기를 사용할 수 있다. 또한 알킬기 또는 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 화합물(131)은 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이 기능을 갖는 유기 화합물의 예에는 인광 재료 및 TADF 재료가 포함된다.
상기 인광성 화합물의 예에는 이리듐계, 로듐계, 또는 백금계 유기 금속 착체 및 금속 착체가 포함되고, 구체적으로는 포르피린 배위자를 갖는 백금 착체 및 유기 이리듐 착체가 포함된다. 특히, 예를 들어 이리듐계 오쏘 메탈화 착체(iridium-based ortho-metalated complex) 등 유기 이리듐 착체가 바람직하다. 오쏘 메탈화되는 배위자의 예에는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 및 아이소퀴놀린 배위자가 포함된다. 여기서, 화합물(131)(인광성 화합물)은 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 전이의 흡수대를 갖는다.
청색 또는 녹색의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN 2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 및 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3) 및 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3) 및 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 상술한 재료 중, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 또는 이미다졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지가 높고, 신뢰성이 높고, 발광 효율이 높기 때문에 특히 바람직하다.
녹색 또는 황색의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN 3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), 및 (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)) 및 (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 및 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 및 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)) 등의 유기 금속 이리듐 착체; 및 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높기 때문에 특히 바람직하다.
황색 또는 적색의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 (다이아이소뷰틸릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 및 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), 및 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3) 및 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 착체; 및 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)) 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높기 때문에 특히 바람직하다. 또한 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 양호한 적색 발광을 제공할 수 있다.
화합물(131)에 사용할 수 있는 다른 재료로서는, 상술한 바와 같이 TADF 재료가 있다. 구체적으로는, 이하의 재료 중 임의의 것을 채용할 수 있다.
먼저, 풀러렌, 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 및 에오신 등을 들 수 있다. 다른 예에는 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함한 포르피린 등의 금속 함유 포르피린이 포함된다. 상기 금속 함유 포르피린의 예에는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2(OEP))가 포함된다.
1종류의 재료로 구성되는 TADF 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 포함하는 헤테로고리 화합물을 사용할 수도 있다. 구체적인 예에는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 및 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA)이 포함된다. 상기 헤테로고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 포함하기 때문에 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 갖는 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리다진 골격) 및 트라이아진 골격은 안정성 및 신뢰성이 높아 특히 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 갖는 골격 중, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 싸이오펜 골격, 퓨란 골격, 및 피롤 골격은 안정성이 높고 신뢰성이 높기 때문에, 이들 골격 중 하나 이상이 포함되는 것이 바람직하다. 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 또는 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리가 π전자 부족형 헤테로방향족 고리에 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리의 도너성 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리의 억셉터성이 모두 높고, 단일항 여기 상태의 에너지 준위와 삼중항 여기 상태의 에너지 준위의 차이가 작아지므로 특히 바람직하다.
형광성 화합물을 발광층(130)에서 화합물(133)로서 사용하는 것이 바람직하다. 형광성 화합물은 특별히 한정되지 않지만, 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 또는 페노싸이아진 유도체 등이 바람직하다.
구체적인 예에는 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBu-FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-3,8-다이사이클로헥실피렌-1,6-다이아민(약칭: ch-1,6FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb), 나일 레드, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 및 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌이 포함된다.
화합물(131) 및 화합물(132)이 들뜬 복합체를 형성하는 경우, 형성되는 들뜬 복합체의 발광 피크가 발광 재료로서 기능하는 화합물(133)의 가장 긴 파장 측(저에너지 측)의 흡수대와 중첩되도록 화합물(131), 화합물(132), 및 화합물(133)을 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광 효율이 대폭 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한 발광층(130)은 2층 이상의 층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측에서부터 이 순서대로 적층하여 발광층(130)을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성되고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성된다.
도 4의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 발광층(130)은 화합물(131, 132, 및 133) 이외의 재료(화합물(134))를 포함하여도 좋다. 이 경우, 화합물(132)과 화합물(134)이 들뜬 복합체를 형성하는 것이 바람직하다. 여기서는, 화합물(132 및 134) 중 한쪽이 발광층(130)의 재료 중에서 가장 높은 HOMO 준위를 갖는 것이 바람직하고, 화합물(132 및 134) 중 다른 쪽이 발광층(130)의 재료 중에서 가장 낮은 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 화합물(132 및 134) 중 한쪽의 HOMO 준위가 화합물(132 및 134) 중 다른 쪽 및 화합물(131)의 HOMO 준위보다 높고, 화합물(132 및 134) 중 다른 쪽의 LUMO 준위가 화합물(132 및 134) 중 한쪽 및 화합물(131)의 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하여, 들뜬 복합체를 형성하는 화합물(131)과 화합물(132)의 반응을 억제할 수 있다.
화합물(134)로서는, 예를 들어 이하의 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 화합물(132)은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖기 때문에 LUMO 준위가 낮고 전자 수송성이 높다. 따라서 화합물(134)은 HOMO 준위가 화합물(132)보다 높고 정공 수송성이 양호한 유기 화합물(정공 수송성 재료)인 것이 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민 또는 카바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
정공 수송성이 높은 재료로서 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물의 예에는 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 및 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B)이 포함된다.
사용 가능한 카바졸 유도체의 구체적인 예에는 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1)이 포함된다.
사용 가능한 카바졸 유도체의 다른 예로서는 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠이 있다.
정공 수송성이 높은 재료의 다른 예로서는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: m-MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), 및 N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물이 있다. 다른 예에는 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 및 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 및 페난트렌 화합물이 포함된다. 여기에 기재된 물질은 주로 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 다만 이들 물질 외에, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 사용하여도 좋다.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101) 및 전극(102)은 발광층(130)에 정공 및 전자를 주입하는 기능을 갖는다. 전극(101 및 102)은 금속, 합금, 또는 도전성 화합물, 혹은 이들의 혼합물 또는 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다. 금속의 대표적인 예로서는 알루미늄(Al)이 있고, 이 외에 은(Ag), 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 구리, 또는 타이타늄 등의 전이 금속, 리튬(Li) 또는 세슘 등의 알칼리 금속, 혹은 칼슘 또는 마그네슘(Mg) 등의 2족 금속을 사용할 수 있다. 전이 금속으로서는, 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속을 사용하여도 좋다. 합금은 상술한 금속 중 어느 것을 포함하는 합금일 수 있고, 예를 들어 MgAg 또는 AlLi가 있다. 도전성 화합물의 예에는 인듐 주석 산화물(이하, ITO라고 함), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO), 인듐 아연 산화물, 그리고 텅스텐 및 아연을 포함하는 인듐 산화물 등의 금속 산화물이 포함된다. 도전성 화합물은 그래핀 등의 무기 탄소계 재료이어도 좋다. 상술한 바와 같이, 이들 재료 중 적어도 2개를 적층함으로써, 전극(101) 및/또는 전극(102)을 형성하여도 좋다.
발광층(130)으로부터 방출되는 광은 전극(101) 및/또는 전극(102)을 통하여 추출되기 때문에, 전극(101 및 102) 중 적어도 한쪽은 가시광을 투과시킨다. 광을 투과시키는 도전성 재료의 예로서는 가시광 투과율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 60% 내지 100%이고 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료가 있다. 광을 추출하는 전극은 광을 투과시키는 기능 및 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성되어도 좋다. 이러한 도전성 재료의 예로서는 가시광 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료가 있다. 광을 추출하는 전극을 금속 또는 합금 등 광 투과성이 낮은 재료를 사용하여 형성하는 경우에는, 가시광을 투과시킬 정도로 얇은 두께(예를 들어 두께 1nm 내지 10nm)로 전극(101) 및/또는 전극(102)을 형성한다.
또한 본 명세서 등에서, 광을 투과시키는 전극으로서는 가시광을 투과시키고 도전성을 갖는 재료를 사용한다. 예를 들어 상술한 ITO로 대표되는 산화물 도전체층에 더하여 산화물 반도체층, 또는 유기 물질을 포함하는 유기 도전층을 사용할 수 있다. 유기 물질을 포함하는 유기 도전층의 예에는 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 포함하는 층, 및 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합한 복합 재료를 포함하는 층이 포함된다. 투광성 도전층의 저항률은 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하이고, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
전극(101) 및 전극(102)의 형성 방법으로서는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(molecular beam epitaxy)법, CVD(chemical vapor deposition)법, 펄스 레이저 퇴적법, 또는 ALD(atomic layer deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111)은 한 쌍의 전극 중 한쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감하여 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민을 사용하여 형성된다. 전이 금속 산화물의 예에는 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 및 망가니즈 산화물이 포함된다. 프탈로사이아닌 유도체의 예에는 프탈로사이아닌 및 금속 프탈로사이아닌이 포함된다. 방향족 아민의 예에는 벤지딘 유도체 및 페닐렌다이아민 유도체가 포함된다. 폴리싸이오펜 또는 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 대표적인 예로서는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)이 있다.
정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성 재료와 정공 수송성 재료로부터 전자를 받는 성질을 갖는 재료의 복합 재료를 포함하는 층을 사용할 수도 있다. 또는 전자 수용성을 갖는 재료를 포함하는 층과 정공 수송성 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서, 이들 재료 사이를 전하가 이동할 수 있다. 전자 수용성을 갖는 재료의 예에는 퀴노다이메테인 유도체, 클로라닐 유도체, 및 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터가 포함된다. 구체적인 예로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 및 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 갖는 화합물이 있다. 또는 4족 내지 8족 금속의 산화물 등의 전이 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 구체적인 예에는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 및 산화 레늄이 포함된다. 특히, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료로서 예시한 방향족 아민 또는 카바졸 유도체에 더하여, 방향족 탄화수소 또는 스틸벤 유도체를 사용할 수 있다. 또는 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
방향족 탄화수소의 예에는 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌이 포함된다. 다른 예로서는 펜타센 및 코로넨이 있다. 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상이고 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예에는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA)이 포함된다.
폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 또는 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이며 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료들 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수 있다. 정공 수송층(112)이 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖기 위해서는, 정공 수송층(112)의 HOMO 준위가 정공 주입층(111)의 HOMO 준위와 같거나 가까운 것이 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료들 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 다만 이들 물질 외에, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질 중 임의의 것을 각각 포함하는 2층 이상의 적층이어도 좋다.
<<전자 수송층>>
전자 수송층(118)은, 전자 주입층(119)을 통하여 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖는다. 전자 수송성 재료로서는 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 ð전자 부족형 헤테로방향족 화합물 또는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 다른 구체적인 예로서는 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체가 있다. 다른 예에는 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 피리미딘 유도체가 포함된다. 또한 이들 물질 외에, 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다. 전자 수송층(118)은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질 중 임의의 것을 각각 포함하는 2층 이상의 적층이어도 좋다.
전자 수송성 재료의 구체적인 예에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 및 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체가 포함된다. 다른 예로서는 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO) 및 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 착체가 있다. 이러한 금속 착체 외에는 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 및 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen) 등의 헤테로고리 화합물; 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 및 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy) 및 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)-페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 및 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로방향족 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또는 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 또는 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 여기에 기재된 물질은 주로 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 또한 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖기만 하면, 다른 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 또한 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(118)과 발광층(130) 사이에 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층은, 상술한 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가함으로써 형성되고, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조정할 수 있다. 이러한 구조는 전자가 발광층을 통과하는 경우에 일어나는 문제(예를 들어 소자 수명의 저하)를 방지하는 데 매우 효과적이다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감함으로써 전자 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 1족 금속 또는 2족 금속, 혹은 이들 금속의 산화물, 할로젠화물, 또는 탄산염을 사용하여 형성될 수 있다. 또는 상술한 전자 수송성 재료와 이 전자 수송성 재료에 대하여 전자를 공여하는 성질을 갖는 재료를 포함하는 복합 재료를 사용할 수 있다. 전자 공여성을 갖는 재료의 예에는 1족 금속, 2족 금속, 및 이들 금속 중 어느 것의 산화물이 포함된다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 또는 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 플루오린화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 이 전자화물의 예에는 칼슘 산화물-산화 알루미늄(calcium oxide-aluminum oxide)에 고농도로 전자를 첨가한 물질이 포함된다. 전자 주입층(119)은 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질 중 임의의 것을 사용하여 형성되어도 좋다.
또한 전자 주입층(119)에는, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물은 발생된 전자의 수송에 우수한 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 상술한 전자 수송층(118)을 형성하는 물질(예를 들어 금속 착체 및 헤테로방향족 화합물) 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 전자 공여체는 유기 화합물에 대하여 전자를 공여하는 성질을 갖는 임의의 물질일 수 있다. 구체적으로는 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 또는 이터븀 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 희토류 금속을 채용하는 것이 바람직하다. 또한 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 또는 바륨 산화물 등의 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물을 채용하는 것이 바람직하다. 또는 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수 있다. 또는 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수 있다.
또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층의 각각은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 코팅법, 노즐 인쇄법, 또는 그라비어 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에도, 상기 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어 올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머)을 사용하여도 좋다.
퀀텀닷은 예를 들어, 콜로이드 퀀텀닷, 합금 퀀텀닷, 코어셸 퀀텀닷, 또는 코어 퀀텀닷이어도 좋다. 2족 및 16족에 속하는 원소, 13족 및 15족에 속하는 원소, 13족 및 17족에 속하는 원소, 11족 및 17족에 속하는 원소, 또는 14족 및 15족에 속하는 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 또는 알루미늄(Al) 등의 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
웨트 프로세스에 사용되는 액체 매체의 예에는 메틸에틸케톤 및 사이클로헥사논 등의 케톤류; 아세트산 에틸 등의 지방산 에스터류; 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류; 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 및 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 사이클로헥세인, 데칼린, 및 도데케인 등의 지방족 탄화수소류; 다이메틸폼아마이드(DMF); 및 다이메틸설폭사이드(DMSO)의 유기 용매가 포함된다.
발광층에 사용할 수 있는 고분자 화합물의 예에는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌바이닐렌](약칭: MEH-PPV) 및 폴리(2,5-다이옥틸-1,4-페닐렌바이닐렌) 등의 폴리페닐렌바이닐렌(PPV) 유도체; 폴리(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)(약칭: PF8), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(벤조[2,1,3]싸이아다이아졸-4,8-다이일)](약칭: F8BT), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(2,2'-바이싸이오펜-5,5'-다이일)](약칭: F8T2), 폴리[(9,9-다이옥틸-2,7-다이바이닐렌플루오렌일렌)-alt-(9,10-안트라센)], 및 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-alt-(2,5-다이메틸-1,4-페닐렌)] 등의 폴리플루오렌 유도체; 폴리(3-헥실싸이오펜-2,5-다이일)(약칭: P3HT) 등의 폴리알킬싸이오펜(PAT) 유도체; 및 폴리페닐렌 유도체가 포함된다. 이들 고분자 화합물, 혹은 PVK, 폴리(2-바이닐나프탈렌), 또는 폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트라이메틸페닐)아민](약칭: PTAA) 등의 고분자 화합물에 발광성 화합물을 도핑하고 발광층에 사용하여도 좋다. 발광성 화합물로서는, 상술한 발광성을 갖는 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물, 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 유기 화합물, 및 형광을 방출하는 유기 화합물의 3개의 유기 화합물의 조합을 사용하여 발광층(130)이 형성되지만, 상기 골격 또는 상기 기능을 갖는 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 발광층(130)은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격, 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 치환기, 및 형광을 방출하는 치환기를 갖는 고분자 화합물을 사용하여 형성되어도 좋다. 또는 발광층(130)은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격과 삼중항 여기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 치환기를 갖는 고분자 화합물과, 형광을 방출하는 저분자 화합물의 혼합물에 의하여 형성되어도 좋다. 이러한 고분자 화합물을 사용함으로써, 재료의 사용 효율을 향상시키고 제작 비용을 삭감할 수 있다.
<<기판>>
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 유리 또는 플라스틱 등의 기판 위에 형성된다. 기판 위에 적층하는 방법으로서는, 층들을 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자가 형성될 수 있는 기판에는, 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱을 사용할 수 있다. 또는 플렉시블 기판을 사용하여도 좋다. 플렉시블 기판은, 예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리아릴레이트로 만들어진 플라스틱 기판 등의 구부릴 수 있는 기판이다. 또는 필름 또는 무기 증착 필름 등을 사용할 수 있다. 기판이 발광 소자 또는 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하기만 하면, 다른 재료를 사용하여도 좋다. 발광 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하거나 발광 소자를 보호하는 기능을 갖는 기판이기만 하면 다른 재료를 사용하여도 좋다.
예를 들어 본 명세서 등에서는, 다양한 기판을 사용하여 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종료에 특별한 제한은 없다. 기판의 예에는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 및 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스 스틸 기판, 스테인리스 스틸 포일을 포함하는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 포함하는 기판, 플렉시블 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 CNF(cellulose nanofiber) 및 종이, 그리고 기재 필름이 포함된다. 유리 기판에는 예를 들어 바륨 붕규산염 유리, 알루미노 붕규산염 유리, 또는 소다 석회 유리를 사용할 수 있다. 플렉시블 기판, 접합 필름, 및 기재 필름 등의 재료의 예에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에터 설폰(PES), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 포함된다. 다른 예에는 아크릴 등의 수지, 그리고 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 및 폴리염화 바이닐이 포함된다. 다른 예로서는 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 및 종이가 있다.
또는 기판으로서 플렉시블 기판을 사용하여 발광 소자를 플렉시블 기판에 직접 제공하여도 좋다. 기판과 발광 소자 사이에 분리층을 제공하여도 좋다. 분리층은, 분리층 위에 형성된 발광 소자의 일부 또는 전체를 기판으로부터 분리하고, 분리한 구성 요소를 다른 기판으로 전치하는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우, 내열성이 낮은 기판 또는 플렉시블 기판으로도 발광 소자를 전치할 수 있다. 상기 분리층은 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 포함하는 적층, 또는 기판 위에 형성된 폴리이미드 등의 수지막일 수 있다.
바꿔 말하면, 기판을 사용하여 발광 소자를 형성한 후에 발광 소자를 다른 기판으로 전치하여도 좋다. 발광 소자가 전치되는 기판의 예로서는, 상술한 기판에 더하여 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(예를 들어 견, 면, 또는 마), 합성 섬유(예를 들어 나일론, 폴리우레탄, 또는 폴리에스터), 및 재생 섬유(예를 들어 아세테이트, 큐프라, 레이온, 또는 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 및 고무 기판 등이 있다. 이러한 기판을 사용하면, 내구성이 높고, 내열성이 높고, 가볍고, 또는 얇은 발광 소자를 형성할 수 있다.
상술한 기판 중 임의의 것 위에 예를 들어 FET(field-effect transistor)를 형성하고, FET에 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자(150)를 형성하여도 좋다. 이로써, FET가 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 표시 장치를 제작할 수 있다.
본 실시형태에서 상술한 구조는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 것과 다른 구조를 갖는 발광 소자에 대하여 도 5를 참조하여 이하에서 설명한다. 도 5에서, 도 1의 (A)에서와 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 1의 (A)와 같은 해치 패턴으로 나타내고, 특별히 부호로 나타내지 않은 경우가 있다. 또한 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구조예 2>
도 5는 발광 소자(250)의 단면 모식도이다.
도 5에 도시된 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 포함한다. 상기 발광 유닛 중 한쪽은 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)과 비슷한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 포함하고, 발광 소자(250)는 복수의 발광 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 발광 소자(250)에 대한 이하의 설명에 있어서, 전극(101)은 양극으로서 기능하고 전극(102)은 음극으로서 기능하지만, 발광 소자(250)에서 상기 기능은 교체되어도 좋다.
도 5에 도시된 발광 소자(250)에서는, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 전하 발생층(115)이 제공되어 있다. 또한 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)은 같은 구조를 가져도 좋고 다른 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(108)에 EL층(100)과 비슷한 구조를 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(250)는 발광층(120) 및 발광층(170)을 포함한다. 발광 유닛(106)은 발광층(120)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 포함한다. 발광 유닛(108)은 발광층(170)에 더하여 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
발광 소자(250)에서는, 발광 유닛(106 및 108)의 각각에서의 어느 층이 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 포함한다. 또한 상기 유기 화합물을 포함하는 층은 전자 수송층(113) 또는 전자 수송층(118)인 것이 바람직하고, 발광층(120) 또는 발광층(170)인 것이 더 바람직하다.
전하 발생층(115)은, 정공 수송성 재료에 억셉터 물질(전자 수용체)이 첨가된 구조를 가져도 좋고, 전자 수송성 재료에 도너 물질(전자 공여체)이 첨가된 구조를 가져도 좋다. 또는 전하 발생층(115)은 이들 구조 양쪽의 적층이어도 좋다.
전하 발생층(115)이 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 경우, 상기 복합 재료는 실시형태 1에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 임의의 복합 재료로 할 수 있다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(예를 들어 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머) 등의 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 유기 화합물은 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다. 또한 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖기만 하면 다른 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 또는 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(115)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 정공 주입층 또는 정공 수송층이 반드시 포함될 필요는 없다. 또는 발광 유닛의 음극 측의 면이 전하 발생층(115)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 전자 주입층 또는 전자 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 전자 주입층 또는 전자 수송층이 반드시 포함될 필요는 없다.
전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 다른 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물 및 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층의 조합을 사용함으로써 형성되어도 좋다. 또는 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전막을 포함하는 층의 조합을 사용함으로써 형성되어도 좋다.
발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 배치되는 전하 발생층(115)은, 전극(101) 및 전극(102)에 전압을 인가한 경우에, 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입한다. 예를 들어 도 5에서 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한 광 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(115)은 가시광 투과성(구체적으로는, 40% 이상의 가시광 투과율)을 갖는 것이 바람직하다. 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))보다 도전율이 낮아도 기능한다.
상술한 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성된 전하 발생층(115)은, 발광층의 적층에 의하여 일어나는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 5는 2개의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자를 도시한 것이지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 것을 포함한 발광 소자에도 비슷한 구조를 적용할 수 있다. 발광 소자(250)에서와 같이, 전하 발생층으로 나누어진 복수의 발광 유닛을 한 쌍의 전극 사이에 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채로 휘도가 높은 광을 방출할 수 있고 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 소비전력이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한 상술한 각 구조에서, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용되는 게스트 재료의 발광색은 같아도 좋고 달라도 좋다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 같은 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 작은 전류값으로 높은 휘도를 유리하게 얻는다. 한편, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 상이한 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우에는, 발광 소자(250)는 다색(多色) 발광을 유리하게 나타낸다. 이 경우, 발광층(120 및 170) 중 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 다른 복수의 발광 재료를 사용하면, 발광 소자(250)는 발광 피크가 다른 광을 합성하여 얻어지는 광을 방출한다. 즉, 발광 소자(250)의 발광 스펙트럼은 적어도 2개의 극댓값을 갖는다.
상기 구조는 백색 발광을 얻는 데에도 적합하다. 발광층(120) 및 발광층(170)이 보색의 광을 방출하는 경우, 백색 발광을 얻을 수 있다. 특히, 연색성이 높은 백색 발광, 또는 적어도 적색, 녹색, 및 청색의 발광을 얻을 수 있도록 게스트 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
발광층(120 및 170) 중 한쪽 또는 양쪽이 실시형태 1에서 나타낸 발광층(130)의 구조를 갖는 경우, 발광 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있어 바람직하다. 발광층(130)에 포함되는 게스트 재료는 형광 재료이기 때문에, 발광층(120 및 170) 중 한쪽 또는 양쪽에 실시형태 1에서 나타낸 발광층(130)의 구조를 채용함으로써, 발광 스펙트럼이 날카롭고 색 순도가 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
3개 이상의 발광 유닛이 적층된 발광 소자의 경우, 발광 유닛의 게스트 재료로부터 방출되는 광의 색은 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 발광 소자가 같은 색의 광을 방출하는 복수의 발광 유닛을 포함하는 경우, 이들 발광 유닛은 다른 색의 광과 비교하여 작은 전류값으로 높은 휘도의 색의 광을 나타낼 수 있다. 이러한 구조는 발광색을 조정하는 데 적합하게 사용할 수 있다. 이 구조는 특히 발광 효율이 다르고 색이 다른 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우에 적합하다. 예를 들어, 발광 소자가 3개의 발광 유닛을 포함하는 경우, 같은 색의 형광 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과, 인광 재료를 포함하고 상기 형광 재료의 발광색과는 다른 색의 광을 방출하는 하나의 발광 유닛에 의하여 형광 및 인광의 강도를 조정할 수 있다. 그러므로 발광 유닛의 개수를 변경함으로써, 각 색의 발광 강도를 조정할 수 있다.
상술한 식으로 발광 소자가 2개의 형광 발광 유닛과 하나의 인광 발광 유닛을 포함하는 경우, 발광 유닛의 조합으로서는 청색 형광 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과 황색 인광 재료를 포함하는 하나의 발광 유닛의 조합; 청색 형광 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과 적색 인광 재료 및 녹색 인광 재료를 포함하는 하나의 발광 유닛의 조합; 및 청색 형광 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과, 적색 인광 재료, 황색 인광 재료, 및 녹색 인광 재료를 포함하는 하나의 발광 유닛의 조합이 바람직하다. 이러한 조합은 효율적인 백색 발광을 가능하게 하므로 바람직하다.
발광층(120 및 170) 중 적어도 하나가 층들로 분할되고, 이 분할된 각 층이 다른 발광 재료를 포함하여도 좋다. 즉, 발광층(120 및 170) 중 적어도 하나가 2개 이상의 층으로 구성되어도 좋다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 이 순서대로 적층하여 발광층을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 재료를 호스트 재료로서 사용하여 형성되고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 재료를 호스트 재료로서 사용하여 형성된다. 이 구조에서, 제 1 발광층에 포함되는 발광 재료는 제 2 발광층에 포함되는 발광 재료와 같아도 좋고 달라도 좋고, 이들 재료는 같은 색의 광 또는 다른 색의 광을 방출하는 기능을 가져도 좋다. 다른 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 복수의 발광 재료를 사용함으로써, 3원색 또는 4가지 이상의 색으로 이루어지는 연색성이 높은 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 도 6의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 6의 (A)는 발광 장치의 상면도이다. 도 6의 (B)는 도 6의 (A)의 선 A-B 및 선 C-D를 따르는 단면도이다. 이 발광 장치는, 점선으로 나타내어지고 발광 소자의 발광을 제어하는 구동 회로부(소스 구동 회로)(601), 화소부(602), 및 구동 회로부(게이트 구동 회로)(603)를 포함한다. 부호 604는 밀봉 기판을 나타내고, 부호 625는 건조제를 나타내고, 부호 605는 실재를 나타낸다. 실재(605)로 둘러싸인 부분은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스 구동 회로(601) 및 게이트 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하고, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호 등을 받는 배선이다. 여기서는 FPC만을 도시하였지만, FPC에는 인쇄 배선판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치는 발광 장치 자체뿐만 아니라, FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 그 범주에 포함한다.
다음으로, 상기 발광 장치의 단면 구조에 대하여 도 6의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있다. 여기서 도 6의 (B)에는 구동 회로부인 소스 구동 회로(601)와, 화소부(602)의 하나의 화소를 도시하였다.
소스 구동 회로(601)에서는, n채널 TFT(623)와 p채널 TFT(624)로 구성되는 CMOS 회로가 형성된다. 구동 회로는 CMOS 회로, PMOS 회로, 및 NMOS 회로 등의 다양한 회로 중 임의의 것을 사용하여 형성되어도 좋다. 본 실시형태는 기판 위에 구동 회로가 형성된 드라이버 일체형 발광 장치를 나타내지만, 구동 회로는 기판 위에 반드시 형성될 필요는 없고 기판 외부에 형성되어도 좋다.
화소부(602)는 스위칭 TFT(611), 전류 제어 TFT(612), 및 전류 제어 TFT(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 각각 포함한 화소로 구성된다. 또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 절연물(614)은 포지티브 감광성 수지막을 사용하여 형성될 수 있다.
절연물(614) 위에 형성되는 막의 피복성을 향상시키기 위하여, 절연물(614)은 그 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 절연물(614)의 상단부만이 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 곡면의 곡률 반경은 0.2μm 이상 0.3μm 이하인 것이 바람직하다. 절연물(614)로서는, 네거티브 감광성 재료 및 포지티브 감광성 재료의 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 형성되어 있다. 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에는, 일함수가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물막, 산화 아연을 2wt% 내지 20wt% 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, 또는 Pt막 등의 단층막; 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막을 포함한 적층; 또는 질화 타이타늄막, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막, 및 질화 타이타늄막의 3개의 층을 포함한 적층을 사용할 수 있다. 적층 구조를 갖는 제 1 전극(613)은, 양극으로서 기능할 뿐만 아니라, 낮은 배선 저항 및 양호한 옴 콘택트(ohmic contact)를 실현한다.
EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 및 스핀 코팅법 등의 다양한 방법 중 임의의 것으로 형성된다. EL층(616)에 포함되는 재료로서는, 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머 또는 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 낮은 재료(예를 들어 Al, Mg, Li, Ca, 혹은 이들의 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, 또는 AlLi 등))를 사용하는 것이 바람직하다. EL층(616)에서 발생된 광이 제 2 전극(617)을 통과하는 경우에는, 금속 박막과 투명 도전막(예를 들어 ITO, 산화 아연을 2wt% 내지 20wt% 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, 또는 산화 아연(ZnO))을 포함하는 적층을 제 2 전극(617)에 사용하는 것이 바람직하다.
제 1 전극(613), EL층(616), 및 제 2 전극(617)으로 발광 소자(618)가 구성되어 있다. 발광 소자(618)는 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 본 실시형태의 발광 장치에서, 복수의 발광 소자로 구성되는 화소부는 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 구조를 갖는 발광 소자와, 다른 구조를 갖는 발광 소자의 양쪽을 포함하여도 좋다.
실재(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 접착시킴으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 배치된다. 공간(607)은 충전재로 충전되어 있다. 충전재는 불활성 가스(예를 들어 질소 또는 아르곤), 또는 수지 및/또는 건조제이어도 좋다.
실재(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서는 유리 기판, 석영 기판, 혹은 FRP(fiber reinforced plastic), PVF(polyvinyl fluoride), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 포함한 발광 장치를 얻을 수 있다.
<발광 장치의 구조예 1>
도 7의 (A) 및 (B)는 백색 발광을 나타내는 발광 소자 및 착색층(컬러 필터)을 포함한 발광 장치의 예를 각각 도시한 것이다.
도 7의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(base insulating film)(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 및 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1026), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032), 적색 화소(1044R), 녹색 화소(1044G), 청색 화소(1044B), 및 백색 화소(1044W) 등을 도시하였다.
도 7의 (A)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 투명 기재(1033)에 제공되어 있다. 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 추가로 제공하여도 좋다. 착색층 및 흑색층이 제공된 투명 기재(1033)는 적절한 정렬로 배치되고 기판(1001)에 고정된다. 착색층 및 흑색층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 도 7의 (A)에서, EL층(1028)으로부터 얻어지는 광에는 착색층을 통과하지 않고 외부로 추출되는 광과, 착색층을 통과한 후에 외부로 추출되는 광이 포함된다. 착색층을 통과하지 않는 광은 백색이고, 착색층들 중 어느 하나를 통과하는 광은 적색, 청색, 또는 녹색이기 때문에, 4색의 화소를 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
도 7의 (B)는 적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B)을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성한 예를 도시한 것이다. 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
상술한 발광 장치는, TFT가 형성되는 기판(1001) 측으로부터 광이 추출되는 구조(보텀 이미션 구조(bottom emission structure))를 갖지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광이 추출되는 구조(톱 이미션 구조(top emission structure))를 가져도 좋다.
<발광 장치의 구조예 2>
도 8의 (A) 및 (B)는 톱 이미션 발광 장치의 단면도이다. 톱 이미션 구조에는, 광을 투과시키지 않는 기판을 기판(1001)으로서 사용할 수 있다. TFT와 발광 소자의 양극을 접속시키는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은 보텀 이미션 발광 장치와 같은 식으로 수행된다. 그리고 제 3 층간 절연막(1037)이 전극(1022)을 덮어 형성된다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막(1021)에 사용할 수 있는 재료 또는 다른 다양한 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성될 수 있다.
여기서 발광 소자의 하부 전극들(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B)의 각각은 양극으로서 기능하지만, 음극으로서 기능하여도 좋다. 도 8의 (A) 및 (B)에 도시된 것과 같은 톱 이미션 발광 장치에서는, 하부 전극들(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B)은 반사 전극인 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 제 2 전극(1029)과 하부 전극들(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B) 사이에 마이크로캐비티 구조를 채용한 경우, 특정 파장의 광이 증폭되므로 바람직하다. EL층(1028)은, 백색 발광을 얻을 수 있도록, 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 구조와 비슷한 구조를 갖는다.
도 7의 (A) 및 (B), 그리고 도 8의 (A) 및 (B)에서, 백색 발광을 제공하는 EL층의 구조는 예를 들어, 복수의 발광층을 사용하거나 복수의 발광 유닛을 사용함으로써 실현될 수 있다. 또한 백색 발광을 제공하는 구조는 상기에 한정되지 않는다.
도 8의 (A) 및 (B)에 도시된 톱 이미션 구조에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 제공된 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 흑색층(블랙 매트릭스)(1030)이 제공되어도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))과 흑색층(블랙 매트릭스)(1030)은 오버코트층으로 덮여도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)으로서는 투광성 기판을 사용한다.
도 8의 (A)에는 적색, 녹색, 및 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 구조를 도시하였지만, 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행할 수도 있다. 풀 컬러 표시를 수행하는 구조는 위에 한정되지 않는다. 예를 들어 적색, 녹색, 청색, 및 황색의 4색을 사용한 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는, 게스트 재료로서 형광 재료를 사용한다. 형광 재료는 인광 재료보다 스펙트럼이 날카롭기 때문에, 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 따라서 이 발광 소자를 사용함으로써, 본 실시형태에서 나타내는 발광 장치는 높은 색 재현성을 가질 수 있다.
상술한 식으로, 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 포함한 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기 및 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 평면을 포함하며, 발광 효율이 양호하고 신뢰성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면, 곡면을 포함하며, 발광 효율이 양호하고 신뢰성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 제작할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 색 순도가 높은 광을 방출할 수 있다. 따라서 본 실시형태에서 나타내는 발광 장치에 상기 발광 소자를 사용하면, 색 재현성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 제공할 수 있다.
전자 기기의 예에는 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 포함된다.
도 9의 (A) 및 (B)에 도시된 휴대 정보 단말기(900)는 하우징(901), 하우징(902), 표시부(903), 및 힌지부(905) 등을 포함한다.
하우징(901)과 하우징(902)은 힌지부(905)에 의하여 연결된다. 휴대 정보 단말기(900)는, 닫힌 상태(도 9의 (A))로부터 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이 펼칠 수 있다. 따라서 휴대 정보 단말기(900)는 들고 다닐 때는 휴대성이 높고, 사용 시에는 표시 영역이 크기 때문에 시인성이 우수하다.
휴대 정보 단말기(900)에서는, 힌지부(905)에 의하여 서로 연결된 하우징(901)과 하우징(902)에 걸쳐 플렉시블한 표시부(903)가 제공된다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(903)에 사용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기로 할 수 있다.
표시부(903)는 문서 데이터, 정지 화상, 및 동영상 등 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 표시부(903)에 문서 데이터를 표시할 때, 휴대 정보 단말기(900)를 전자책 단말기로서 사용할 수 있다.
휴대 정보 단말기(900)가 펼쳐지면 표시부(903)는 크게 만곡된다. 예를 들어, 곡률 반경 1mm 내지 50mm, 바람직하게는 5mm 내지 30mm의 범위로 만곡된 부분을 포함하여 표시부(903)가 유지된다. 표시부(903)의 일부는 하우징(901)으로부터 하우징(902)까지 화소들이 연속적으로 배치되기 때문에, 휘어진 채로 화상을 표시할 수 있다.
표시부(903)는 터치 패널로서 기능하고 손가락 또는 스타일러스 등으로 제어할 수 있다.
표시부(903)가 하나의 플렉시블 디스플레이를 사용하여 형성되는 경우, 하우징(901)과 하우징(902) 사이에서 연속적인 화상을 표시할 수 있어 바람직하다. 또한 하우징들(901 및 902)의 각각에 디스플레이가 제공되어도 좋다.
힌지부(905)는, 휴대 정보 단말기(900)를 펼칠 때 하우징(901)과 하우징(902) 사이에 형성되는 각도가 소정의 각도보다 크게 되지 않도록 잠금 기구를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하우징(901)과 하우징(902)이 잠기는(이들이 더 이상 펼쳐지지 않는) 각도는 90° 이상 180° 미만인 것이 바람직하고, 대표적으로는 90°, 120°, 135°, 150°, 또는 175° 등으로 할 수 있다. 이 결과, 휴대 정보 단말기(900)의 편리성, 안전성, 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
힌지부(905)가 잠금 기구를 포함하면, 표시부(903)에 과도한 힘이 가해지지 않기 때문에, 표시부(903)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기를 제공할 수 있다.
하우징(901) 및 하우징(902)은 전원 버튼, 조작 버튼, 외부 접속 포트, 스피커, 또는 마이크로폰 등을 포함하여도 좋다.
하우징(901) 및 하우징(902) 중 한쪽에는 무선 통신 모듈이 제공되고, 인터넷, LAN(local area network), 또는 Wi-Fi(등록 상표) 등의 컴퓨터 네트워크를 통하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 9의 (C)에 도시된 휴대 정보 단말기(910)는 하우징(911), 표시부(912), 조작 버튼(913), 외부 접속 포트(914), 스피커(915), 마이크로폰(916), 및 카메라(917) 등을 포함한다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(912)에 사용할 수 있다. 따라서 높은 수율로 휴대 정보 단말기를 제작할 수 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 표시부(912)에 터치 센서를 포함한다. 전화를 걸거나 문자를 입력하는 등의 조작을 표시부(912)를 손가락 또는 스타일러스 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
조작 버튼(913)에 의하여 전원을 온 또는 오프로 할 수 있다. 또한 표시부(912)에 표시되는 화상의 종류를 전환할 수 있고, 예를 들어 조작 버튼(913)에 의하여 메일 작성 화면으로부터 메인 메뉴 화면으로 화상을 전환한다.
자이로스코프 센서 또는 가속도 센서 등의 검출 장치가 휴대 정보 단말기(910) 내부에 제공되는 경우, 표시부(912)의 화면의 표시의 방향은, 휴대 정보 단말기(910)의 방향(휴대 정보 단말기(910)가 수평으로 놓여 있는지 수직으로 놓여 있는지)을 판단하여 자동으로 전환될 수 있다. 또한 예를 들어 표시부(912)를 터치하는 것, 조작 버튼(913)의 조작, 또는 마이크로폰(916)을 사용한 음성 입력에 의하여 화면의 표시 방향을 변경할 수 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어 전화기, 노트, 및 정보 열람 시스템 중 하나 이상으로서 기능한다. 구체적으로는, 휴대 정보 단말기(910)는 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어 이동 전화, 이메일, 텍스트의 열람 및 편집, 음악 재생, 동영상 재생, 인터넷 통신, 및 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
도 9의 (D)에 도시된 카메라(920)는 하우징(921), 표시부(922), 조작 버튼(923), 및 셔터 버튼(924) 등을 포함한다. 또한 탈착 가능한 렌즈(926)가 카메라(920)에 장착된다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(922)에 사용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 카메라로 할 수 있다.
여기서 카메라(920)의 렌즈(926)는 교환을 위하여 하우징(921)으로부터 분리할 수 있지만, 렌즈(926)는 하우징(921)에 포함되어도 좋다.
셔터 버튼(924)을 눌러 카메라(920)로 정지 화상 또는 동영상을 촬상할 수 있다. 터치 패널의 기능을 갖는 표시부(922)를 터치함으로써 화상을 촬상할 수도 있다.
또한 스트로보스코프 또는 뷰파인더 등은 카메라(920)에 추가로 장착될 수 있고, 또는 그 대신에 하우징(921)에 포함되어도 좋다.
도 10의 (A)는 로봇 청소기의 예를 도시한 모식도이다.
로봇 청소기(5100)는 그 상면에 있는 디스플레이(5101), 그 측면에 있는 복수의 카메라(5102), 솔(5103), 및 조작 버튼(5104)을 포함한다. 도시하지 않았지만 로봇 청소기(5100)의 저면에는 타이어 및 흡입구 등이 제공되어 있다. 또한 로봇 청소기(5100)는 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 압전 센서, 광 센서, 및 자이로스코프 센서 등의 다양한 센서를 포함한다. 로봇 청소기(5100)는 무선 통신 수단을 갖는다.
로봇 청소기(5100)는 자주식이고, 먼지(5120)를 검지하고 저면에 제공된 흡입구로부터 먼지를 흡인할 수 있다.
로봇 청소기(5100)는, 카메라(5102)로 촬영한 화상을 분석하여 벽, 가구, 또는 단차 등의 장애물의 유무를 판단할 수 있다. 화상 분석에 의하여 로봇 청소기(5100)가 솔(5103)에 걸릴 수 있는 물건(예를 들어 와이어)을 검지한 경우에는, 솔(5103)의 회전을 멈출 수 있다.
디스플레이(5101)에는 배터리의 잔량 및 청소한 먼지의 양 등을 표시할 수 있다. 디스플레이(5101)에는 로봇 청소기(5100)가 주행한 경로를 표시하여도 좋다. 디스플레이(5101)는 터치 패널이어도 좋고, 조작 버튼(5104)을 디스플레이(5101)에 제공하여도 좋다.
로봇 청소기(5100)는 스마트폰 등의 휴대용 전자 기기(5140)와 통신할 수 있다. 휴대용 전자 기기(5140)는 카메라(5102)로 촬영한 화상을 표시할 수 있다. 따라서 로봇 청소기(5100)의 소유자는 집에 없을 때도 자신의 방을 모니터할 수 있다. 소유자는 디스플레이(5101)의 표시를 스마트폰 등의 휴대용 전자 기기(5140)로 확인할 수도 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 디스플레이(5101)에 사용할 수 있다.
도 10의 (B)에 도시된 로봇(2100)은 연산 장치(2110), 조도 센서(2101), 마이크로폰(2102), 상부 카메라(2103), 스피커(2104), 디스플레이(2105), 하부 카메라(2106), 장애물 센서(2107), 및 이동 기구(2108)를 포함한다.
마이크로폰(2102)은 사용자의 말하는 목소리 및 환경음 등을 검지하는 기능을 갖는다. 스피커(2104)는 음성을 출력하는 기능도 갖는다. 로봇(2100)은 마이크로폰(2102) 및 스피커(2104)를 사용하여 사용자와 의사소통할 수 있다.
디스플레이(2105)는 다양한 종류의 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 로봇(2100)은 사용자가 원하는 정보를 디스플레이(2105)에 표시할 수 있다. 디스플레이(2105)에는 터치 패널이 제공되어도 좋다. 또한 디스플레이(2105)는 탈착 가능한 정보 단말기이어도 좋고, 이 경우 로봇(2100)의 정위치(定位置)에 디스플레이(2105)를 설치함으로써, 충전 및 데이터 통신을 수행할 수 있다.
상부 카메라(2103) 및 하부 카메라(2106)는 각각 로봇(2100)의 주변의 화상을 촬영하는 기능을 갖는다. 장애물 센서(2107)는 로봇(2100)이 이동 기구(2108)를 사용하여 전진하는 방향에서의 장애물을 검지할 수 있다. 로봇(2100)은 상부 카메라(2103), 하부 카메라(2106), 및 장애물 센서(2107)로 주변의 환경을 인식함으로써 안전하게 이동할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 디스플레이(2105)에 사용할 수 있다.
도 10의 (C)는 고글형 디스플레이의 예를 도시한 것이다. 고글형 디스플레이는 예를 들어 하우징(5000), 표시부(5001), 스피커(5003), LED 램프(5004), 조작 키(5005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(5006), 센서(5007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 마이크로폰(5008), 제 2 표시부(5002), 지지부(5012), 및 이어폰(5013)을 포함한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시부(5001) 및 제 2 표시부(5002)에 사용할 수 있다.
도 11의 (A) 및 (B)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)를 도시한 것이다. 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)는 하우징(5151), 표시 영역(5152), 및 굴곡부(5153)를 포함한다. 도 11의 (A)는 펼친 휴대 정보 단말기(5150)를 도시한 것이다. 도 11의 (B)는 접은 휴대 정보 단말기(5150)를 도시한 것이다. 휴대 정보 단말기(5150)는 표시 영역(5152)이 큼에도 불구하고, 접으면 크기가 작고 휴대성이 우수하다.
표시 영역(5152)은 굴곡부(5153)에 의하여 반으로 접을 수 있다. 굴곡부(5153)는 가요성 부재 및 복수의 지지 부재를 포함한다. 표시 영역을 접는 경우에는 가요성 부재가 늘어나고 굴곡부(5153)가 2mm 이상, 바람직하게는 5mm 이상의 곡률 반경을 갖는다.
또한 표시 영역(5152)은 터치 센서(입력 장치)를 포함한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 영역(5152)에 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 다양한 조명 장치에 사용하는 예에 대하여 도 12를 참조하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용함으로써, 발광 효율이 양호하고 신뢰성이 높은 조명 장치를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 플렉시블 기판 위에 형성함으로써, 전자 기기 및 조명 장치가 곡면을 갖는 발광 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함한 발광 장치는 자동차의 조명, 구체적으로는 예를 들어 앞유리 및 천장의 조명에 사용할 수도 있다.
도 12는 상기 발광 소자를 실내 조명 장치(8501)에 사용한 예를 도시한 것이다. 상기 발광 소자는 면적을 더 크게 할 수 있기 때문에 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써, 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8502)를 형성할 수 있다. 본 실시형태에서 설명한 발광 소자는 박막 형태이기 때문에 하우징을 더 자유로이 설계할 수 있다. 그러므로 조명 장치를 다양한 형태로 정교하게 설계할 수 있다. 또한 방의 벽에 대형 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 조명 장치(8501, 8502, 및 8503)에 터치 센서를 제공하여 조명 장치의 전원 온/오프를 제어하여도 좋다.
발광 소자를 테이블 표면에 제공하면, 테이블의 기능을 갖는 조명 장치(8504)를 얻을 수 있다. 또한 발광 소자를 다른 가구의 일부로서 사용하면, 그 가구의 기능을 갖는 조명 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용함으로써, 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한 본 실시형태에서 설명한 것에 한정되지 않고, 다양한 분야의 조명 장치 및 전자 기기에 상기 발광 소자를 사용할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명한 구조 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 제작예를 제시한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 소자의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 것과 같다. 표 1에는 소자 구조의 자세한 사항을 나타내었다. 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다.
[화학식 6]
Figure pct00009
Figure pct00010
<발광 소자의 제작>
이하에서는, 본 실시예에서의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 설명한다.
<<발광 소자 1의 제작>>
전극(101)으로서, 유리 기판 위에 ITSO막을 두께가 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비가 DBT3P-II:MoO3=1:0.5이고 두께가 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
그리고 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 두께가 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 발광층(130)으로서, 정공 수송층(112) 위에 4-{3-[3'-(9H-카바졸-9-일)]바이페닐-3-일}벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mCzBPBfpm), 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 및 N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)-N,N'-비스[4-(다이벤조퓨란-2-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBuFrBAPrn)을 중량비가 4mCzBPBfpm:Ir(Mptz1-mp)3:1,6tBuFrBAPrn=0.8:0.2:0.01이고 두께가 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서 1,6tBuFrBAPrn은 형광성 화합물이고, Ir(Mptz1-mp)3은 인광성 화합물이다.
다음으로, 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4mCzBPBfpm 및 NBPhen을 각각 두께가 15nm 및 10nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다. 이어서, 전자 주입층(119)으로서, 전자 수송층(118) 위에 LiF를 두께가 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
그리고 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 밀봉을 위한 유리 기판을 유기 재료가 퇴적된 유리 기판에 고정함으로써, 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 유리 기판에 퇴적된 유기 재료를 둘러싸도록 실재를 도포하고, 상기 유리 기판을 밀봉을 위한 유리 기판에 접합시킨 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다. 상기 단계를 거쳐 발광 소자 1을 얻었다.
<<발광 소자 2의 제작>>
발광 소자 2는 발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 제작하였다.
발광 소자 2의 발광층(130)으로서, 4mCzBPBfpm, Ir(Mptz1-mp)3, 및 10-아세틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H,11H-[1]벤조피라노[6,7,8-ij]퀴놀리진-11-온(약칭: 쿠마린 521T)을 중량비가 4mCzBPBfpm:Ir(Mptz1-mp)3:쿠마린 521T=0.8:0.2:0.005이고 두께가 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서 쿠마린 521T는 제 3 유기 화합물로서 기능하는 형광성 화합물이고, Ir(Mptz1-mp)3은 인광성 화합물이다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 제작한 발광 소자 1 및 2의 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도는 색채 휘도계(BM-5A, Topcon Technohouse Corporation 제조)로 측정하고, 전계 발광 스펙트럼은 멀티 채널 분광기(PMA-11, Hamamatsu Photonics K.K. 제조)로 측정하였다.
도 13, 도 14, 및 도 15는 각각, 발광 소자 1 및 2의 휘도-전류 효율 특성, 전압-전류 특성, 및 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 16은 발광 소자 1 및 2에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급한 경우에 얻어지는 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 2에는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1 및 2의 소자 특성을 나타내었다.
Figure pct00011
도 16을 보면, 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 각각 피크 파장이 487nm 및 480nm인 발광 스펙트럼을 갖고, 형광성 화합물인 1,6tBuFrBAPrn 및 쿠마린 521T에서 유래하는 청색 발광을 나타낸다. 또한 각각 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1 및 2는 전계 발광 스펙트럼의 반치 전폭이 좁고 색 순도가 높은 광을 방출하기 때문에 표시 장치에 적합하다.
도 13, 도 15, 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1 및 2는 높은 발광 효율(전류 효율, 전력 효율, 및 외부 양자 효율)을 나타낸다. 여기서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합으로 인한 단일항 여기자의 생성 확률은 최대 25%이기 때문에, 외부 광 추출 효율(outcoupling efficiency)을 25%로 가정한 경우의 외부 양자 효율은 최대 6.25%일 것이다. 한편, 발광 소자 1 및 2의 각각의 외부 양자 효율은 6.25%보다 높다. 이는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 1 및 2에서는, 단일항 여기자뿐만 아니라 삼중항 여기자도 인광성 화합물인 Ir(Mptz1-mp)3을 통하여 단일항 여기자로서 형광에 기여할 수 있기 때문이다.
또한 발광 소자 1 및 2에서는 고휘도 측에서의 효율 저하(롤 오프라고도 함)가 작다. 이와 같이 롤 오프가 적다는 것이 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 특징 중 하나이다.
발광 소자 1 및 2의 호스트 재료로서 사용한 4mCzBPBfpm과 같이 벤조퓨로피리미딘 골격을 갖는 유기 화합물은 S1 준위 및 T1 준위가 높다. 이에 의하여, 발광 소자 1 및 2와 같이 청색 형광을 나타내는 고효율의 발광 소자가 제공된다.
(실시예 2)
본 실시예는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 및 비교 발광 소자의 제작예를 제시한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 소자의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 것과 같다. 표 3에는 소자 구조의 자세한 사항을 나타내었다. 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 실시예 1을 참조할 수 있다.
[화학식 7]
Figure pct00012
Figure pct00013
<발광 소자의 제작>
이하에서는, 본 실시예에서의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 설명한다.
<<발광 소자 3의 제작>>
전극(101)으로서, 유리 기판 위에 ITSO막을 두께가 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비가 DBT3P-II:MoO3=1:0.5이고 두께가 40nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
그리고 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 두께가 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 발광층(130)으로서, 정공 수송층(112) 위에 4mCzBPBfpm, 트리스[2-(1H-피라졸-1-일-κN 2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppz)3), 및 10-(2-벤조싸이아졸릴)-2,3,6,7-테트라하이드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H,11H-[1]벤조피라노[6,7,8-ij]퀴놀리진-11-온(약칭: 쿠마린 545T)을 중량비가 4mCzBPBfpm:Ir(ppz)3:쿠마린 545T=0.8:0.2:0.005이고 두께가 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서 쿠마린 545T는 형광성 화합물이다.
다음으로, 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4mCzBPBfpm 및 NBPhen을 각각 두께가 15nm 및 20nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다. 이어서, 전자 주입층(119)으로서, 전자 수송층(118) 위에 LiF를 두께가 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
그리고 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 밀봉을 위한 유리 기판을 유기 재료가 퇴적된 유리 기판에 고정함으로써, 발광 소자 3을 밀봉하였다. 구체적으로는, 유리 기판에 퇴적된 유기 재료를 둘러싸도록 실재를 도포하고, 상기 유리 기판을 밀봉을 위한 유리 기판에 접합시킨 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다. 상기 단계를 거쳐 발광 소자 3을 얻었다.
<<비교 발광 소자 4의 제작>>
비교 발광 소자 4는 발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 3과 같은 단계를 거쳐 제작하였다.
비교 발광 소자 4의 발광층(130)으로서, 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3을 중량비가 4mCzBPBfpm:Ir(ppz)3=0.8:0.2이고 두께가 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 비교 발광 소자 4의 발광층(130)은 형광성 화합물인 쿠마린 545T를 포함하지 않는다는 점에서 발광 소자 3과 다르다.
<<비교 발광 소자 5의 제작>>
비교 발광 소자 5는 발광층(130) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 3과 같은 단계를 거쳐 제작하였다.
발광층(130)으로서, 4,6mCzP2Pm, Ir(ppz)3, 및 쿠마린 545T를 중량비가 4,6mCzP2Pm:Ir(ppz)3:쿠마린 545T=0.8:0.2:0.005이고 두께가 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서 쿠마린 545T는 제 3 유기 화합물로서 기능하는 형광성 화합물이다. 비교 발광 소자 5는 피리미딘 골격을 갖는 4,6mCzP2Pm을 발광층(130)에서 호스트 재료로서 사용한다는 점을 제외하고는 발광 소자 3과 같은 구조를 갖는다.
다음으로, 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께가 15nm 및 20nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다. 이어서, 전자 주입층(119)으로서, 전자 수송층(118) 위에 LiF를 두께가 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 제작한 발광 소자 3, 그리고 비교 발광 소자 4 및 5의 특성을 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1에서와 같다.
도 17, 도 18, 및 도 19는 각각, 발광 소자 3, 그리고 비교 발광 소자 4 및 5의 휘도-전류 효율 특성, 전압-전류 특성, 및 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 20은 발광 소자 3, 그리고 비교 발광 소자 4 및 5에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급한 경우에 얻어지는 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 4에는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 3, 그리고 비교 발광 소자 4 및 5의 소자 특성을 나타내었다.
Figure pct00014
도 20에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 5의 양쪽의 전계 발광 스펙트럼은, 피크 파장이 512nm이고 반치 전폭이 약 63nm인 녹색 발광을 나타낸다. 그러므로 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 5로부터 방출되는 광은, 형광성 화합물인 쿠마린 545T에서 유래한다. 또한 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 5에 사용한 Ir(ppz)3은 저온에서 청색의 광을 방출하고 실온에서는 발광이 관측되지 않는 화합물인 것이 알려져 있으며, 여기서 Ir(ppz)3에서 유래하는 광은 관측되지 않았다.
비교 발광 소자 4는 피크 파장이 532nm이고 반치 전폭이 83nm인 넓은 전계 발광 스펙트럼을 나타낸다. 비교 발광 소자 4로부터 방출되는 광은, 나중에 설명하는 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3에 의하여 형성되는 들뜬 복합체에서 유래한다. 그러므로 비교 발광 소자 4와 비교하여, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 3은 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장이 짧고 반치 전폭이 작고, 색 순도가 높은 광을 방출할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 표시 장치에 적합하다.
도 17, 도 19, 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3, 그리고 비교 발광 소자 4 및 5는 높은 발광 효율(전류 효율, 전력 효율, 및 외부 양자 효율)을 나타낸다. 또한 발광 소자 3의 외부 양자 효율은 6.25%보다 높다. 이는, 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자에서 유래하는 광에 더하여, 삼중항 여기자에서 유래하는 광, 또는 들뜬 복합체에서의 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성된 단일항 여기자에서 유래하는 광을 발광 소자 3이 방출하기 때문이다. 비교 발광 소자 4는 들뜬 복합체에서 유래하는 광을 방출하고, 발광 소자 3은 ExEF를 이용하는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자이다.
<시간 분해 발광 측정>
다음으로, 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4에 시간 분해 발광 측정을 수행하였다.
측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 사용하였다. 본 측정에서는, 발광 소자에서의 형광의 수명을 재기 위하여, 발광 소자에 구형(矩形)파 펄스 전압을 인가하고, 그 전압의 강하부터 감쇠(減衰)되는 발광을 스트리크 카메라(streak camera)를 사용하여 시간 분해 측정하였다. 펄스 전압은 10Hz의 주기로 인가하였다. 반복적인 측정에 의하여 얻은 데이터를 적산함으로써, S/N비가 높은 데이터를 얻었다. 측정은 실온(300K)에서, 발광 소자의 휘도가 1000cd/m2 부근이 되도록 약 3V 내지 4V의 펄스 전압을 인가하고, 펄스 시간 폭을 100μsec로 하고, 음 바이어스 전압을 -5V로 하고(소자가 구동되지 않을 때), 측정 시간을 20μsec로 한 조건하에서 수행하였다. 도 21에 측정 결과를 나타내었다. 도 21에서 세로축은 캐리어가 끊임없이 주입되는 상태(즉, 펄스 전압이 인가됨)에서의 값으로 정규화된 발광 강도를 나타내고, 가로축은 펄스 전압 강하 후의 경과 시간을 나타낸다.
도 21에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3으로부터 방출되는 광의 감쇠 속도는 비교 발광 소자 4로부터 방출되는 광보다 빠르다. 이는 여기 에너지가 발광 소자 3에서의 광으로 신속하게 변환된다는 것을 의미한다. 그러므로 발광층에서 여기자 밀도가 높아도(다량의 전류가 흘러도) 광을 효율적으로 추출할 수 있다. 그러므로 도 17 및 도 19에 나타낸 바와 같이 발광 소자 3은 롤 오프가 적다. 이와 같이 롤 오프가 적다는 것이 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 특징 중 하나이다.
<CV 측정 결과>
그리고 상술한 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 600A 또는 600C, BAS Inc. 제조)를 사용하고, 각 화합물을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킴으로써 얻은 용액을 측정하였다. 측정에서는, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한 각 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는, 참조 전극의 추산된 산화 환원 전위(-4.94eV) 및 얻어진 피크 전위로부터 산출하였다.
CV 측정 결과로부터 얻은 Ir(ppz)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.39eV 및 -1.77eV이었다. 4mCzBPBfpm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.91eV 및 -2.97eV이었다. 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.89eV 및 -2.88eV이었다.
상술한 바와 같이, 4mCzBPBfpm의 LUMO 준위는 Ir(ppz)3의 LUMO 준위보다 낮고, Ir(ppz)3의 HOMO 준위는 4mCzBPBfpm의 HOMO 준위보다 높다. 따라서 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 4에서와 같이 발광층에 이들 화합물을 사용하는 경우에는, 캐리어로서 기능하는 전자 및 정공이 한 쌍의 전극으로부터 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3에 효율적으로 주입되기 때문에, 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3은 들뜬 복합체를 형성할 수 있다. 마찬가지로, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3은 들뜬 복합체를 형성할 수 있기 때문에, 비교 발광 소자 5도 ExEF를 이용한 발광 소자이다.
4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3에 의하여 형성되는 들뜬 복합체는 4mCzBPBfpm에 LUMO 준위를 갖고 Ir(ppz)3에 HOMO 준위를 갖는다. 4mCzBPBfpm의 LUMO 준위와 Ir(ppz)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.42eV이다. 이 값은, 도 20에서의 비교 발광 소자 4의 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.33eV)와 실질적으로 동등하다. 이는, 비교 발광 소자 4의 발광 스펙트럼이, 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3에 의하여 형성되는 들뜬 복합체에 기인한 발광에 대응하는 것을 시사한다. 들뜬 복합체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 상기 발광 에너지를 들뜬 복합체의 S1 준위 및 T1 준위의 에너지(2.33eV)로 간주할 수 있다.
<들뜬 복합체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼의 관계>
도 22는 쿠마린 545T의 톨루엔 용액에서의 흡수 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 도 22에는 비교 발광 소자 4에서의 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼도 나타내었다. 흡수 스펙트럼은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 자외 가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)로 측정하였다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 쿠마린 545T의 흡수 스펙트럼과, 비교 발광 소자 4의 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼은 부분적으로 중첩된다. 그러므로 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3에 의하여 형성되는 들뜬 복합체로부터 형광성 화합물인 쿠마린 545T에 여기 에너지를 효율적으로 공급할 수 있다. 이로써, 도 20에 나타낸 전계 발광 스펙트럼을 갖는 발광 소자 3과 같이, 들뜬 복합체의 전계 발광 스펙트럼보다 피크 파장이 짧은 광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
<T1 준위의 측정>
다음으로, 발광층(130)에 사용한 화합물의 T1 준위를 얻기 위하여, 4mCzBPBfpm의 박막을 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 형성하고, 이 박막의 발광 스펙트럼을 저온(10K)에서 측정하였다. 이 측정은 온도 10K에서 PL 현미경(LabRAM HR-PL, HORIBA, Ltd. 제조), 여기 광으로서 파장 325nm의 He-Cd 레이저, 그리고 CCD 검출기를 사용하여 수행하였다.
이 결과, 4mCzBPBfpm의 T1 준위는 2.68eV로 산출되었다.
또한 Ir(ppz)3의 T1 준위를 추정하기 위하여 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. Ir(ppz)3을 용해시킨 다이클로로메테인 용액을 준비하고, 석영 셀을 사용하여 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)로 측정하였다. 측정한 시료의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 셀 및 용매의 흡수 스펙트럼을 뺐다. 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
상술한 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 흡수단을 산출하고, 직접 전이를 상정하여 전이 에너지를 추산함으로써, Ir(ppz)3의 전이 에너지는 3.27eV로 산출되었다. Ir(ppz)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 낮은 에너지 측의 흡수단은, 삼중항 여기 상태로부터의 전이에 기초한 흡수대이다. 그러므로 상기 흡수단으로부터 Ir(ppz)3의 T1 준위는 3.27eV로 산출된다.
위의 측정 결과를 보면, 4mCzBPBfpm의 T1 준위는 Ir(ppz)3의 T1 준위보다 낮고, 4mCzBPBfpm의 T1 준위는 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3에 의하여 형성되는 들뜬 복합체의 T1 준위(2.33eV)보다 높다. 따라서 4mCzBPBfpm 및 Ir(ppz)3에 의하여 형성되는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지는, 4mCzBPBfpm 또는 Ir(ppz)3에 의하여 불활성화되지 않는다. 그러므로 상기 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지는 광으로 변환되거나, 역 항간 교차에 의하여 단일항 여기 에너지로 변환되거나, 형광성 화합물로 이동될 수 있다.
또한 Ir(ppz)3의 발광 스펙트럼의 측정을 실온에서 시도하였을 때, Ir(ppz)3으로부터 방출되는 광은 관측되지 않았다. 비특허문헌 1에는 Ir(ppz)3의 발광 양자 수율이 실온에서 1% 미만인 것이 개시되어 있다. 이는 Ir(ppz)3이 실온에서 광을 방출하지 않는 재료인 것을 시사한다. 즉, 발광 양자 수율이 1% 미만으로 낮은 화합물을 사용하는 경우에도, 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
<발광 소자의 신뢰성>
도 23에는 발광 소자 3, 그리고 비교 발광 소자 4 및 5에 수행한, 0.5mA의 정전류에서의 구동 시험 결과를 나타내었다. 도 23을 보면, 발광 소자 3이 비교 발광 소자 4 및 5보다 신뢰성이 높다는 것은 분명하였다. 발광 소자 3과 비교 발광 소자 4의 차이는 형광성 화합물이 포함되는지 여부이다. 상술한 바와 같이, 발광 소자 3에서는 형광성 화합물로부터의 광이 얻어지고, 비교 발광 소자 4에서는 들뜬 복합체로부터의 광이 얻어졌다. 이는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서와 같이, 형광성 화합물로부터 발광을 얻는 경우에는 신뢰성이 향상된다는 것을 증명한다. 또한 발광 소자 3과 비교 발광 소자 5의 차이는 호스트 재료이다. 상술한 바와 같이, 발광 소자 3의 호스트 재료는 벤조퓨로피리미딘 골격을 갖는 재료이고, 비교 발광 소자 5의 호스트 재료는 피리미딘 골격을 갖는 재료이다. 그러므로 벤조퓨로피리미딘 골격을 갖는 재료를 사용함으로써, 신뢰성이 높은 발광 소자가 제공된다.
설명한 바와 같이, 본 발명의 일 형태는 발광 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태는 구동 전압이 낮고 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 및 비교 발광 소자의 제작예를 제시한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 소자의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 것과 같다. 표 5에는 소자 구조의 자세한 사항을 나타내었다. 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 실시예 1을 참조할 수 있다.
[화학식 8]
Figure pct00015
Figure pct00016
<발광 소자의 제작>
이하에서는, 본 실시예에서의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 설명한다.
<<발광 소자 6의 제작>>
전극(101)으로서, 유리 기판 위에 ITSO막을 두께가 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비가 DBT3P-II:MoO3=1:0.5이고 두께가 45nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
그리고 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP)을 두께가 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 발광층(130)으로서, 정공 수송층(112) 위에 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm), 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)카바졸(약칭: PCCP), [2-(4-페닐-2-피리딘일-κN)페닐-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(4dppy)), 및 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb)을 중량비가 4,8mDBtP2Bfpm:PCCP:Ir(ppy)2(4dppy):TBRb=0.6:0.4:0.1:0.01이고 두께가 40nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서 TBRb는 형광성 화합물이다.
다음으로, 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,8mDBtP2Bfpm 및 NBPhen을 각각 두께가 20nm 및 10nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다. 이어서, 전자 주입층(119)으로서, 전자 수송층(118) 위에 LiF를 두께가 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
그리고 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 밀봉을 위한 유리 기판을 유기 재료가 퇴적된 유리 기판에 고정함으로써, 발광 소자 6을 밀봉하였다. 구체적으로는, 유리 기판에 퇴적된 유기 재료를 둘러싸도록 실재를 도포하고, 상기 유리 기판을 밀봉을 위한 유리 기판에 접합시킨 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다. 상기 단계를 거쳐 발광 소자 6을 얻었다.
<<비교 발광 소자 7의 제작>>
비교 발광 소자 7은 발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 6과 같은 단계를 거쳐 제작하였다.
비교 발광 소자 7의 발광층(130)으로서, 4,8mDBtP2Bfpm, PCCP, 및 Ir(ppy)2(4dppy)를 중량비가 4,8mDBtP2Bfpm:PCCP:Ir(ppy)2(4dppy)=0.6:0.4:0.1이고 두께가 40nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 비교 발광 소자 7의 발광층(130)은 형광성 화합물인 TBRb를 포함하지 않는다는 점에서 발광 소자 6과 다르다.
<<비교 발광 소자 8의 제작>>
비교 발광 소자 8은 발광층(130) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 6과 같은 단계를 거쳐 제작하였다.
비교 발광 소자 8의 발광층(130)으로서, 4,6-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), PCCP, Ir(ppy)2(4dppy), 및 TBRb를 중량비가 4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:Ir(ppy)2(4dppy):TBRb=0.6:0.4:0.1:0.01이고 두께가 40nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 비교 발광 소자 8의 발광층(130)은 호스트 재료로서 피리미딘 골격을 갖는 재료를 포함한다는 점에서 발광 소자 6과 다르다.
다음으로, 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mDBTP2Pm-II 및 NBPhen을 각각 두께가 20nm 및 10nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 제작한 발광 소자 6, 그리고 비교 발광 소자 7 및 8의 특성을 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1에서와 같다.
도 24, 도 25, 및 도 26은 각각, 발광 소자 6, 그리고 비교 발광 소자 7 및 8의 휘도-전류 효율 특성, 전압-전류 특성, 및 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 27은 발광 소자 6, 그리고 비교 발광 소자 7 및 8에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급한 경우에 얻어지는 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 6에는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 6, 그리고 비교 발광 소자 7 및 8의 소자 특성을 나타내었다.
Figure pct00017
도 27에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 8의 양쪽의 전계 발광 스펙트럼은, 피크 파장이 563nm이고 반치 전폭이 약 72nm인 황색 발광을 나타낸다. 그러므로 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 8로부터 방출되는 광은, 형광성 화합물인 TBRb에서 유래한다. 또한 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 8로부터는 Ir(ppy)2(4dpy)에서 유래하는 광은 관측되지 않았다.
비교 발광 소자 7은 피크 파장이 557nm이고 반치 전폭이 80nm인 넓은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 비교 발광 소자 7로부터 방출되는 광은 Ir(ppy)2(4dpy)에서 유래한다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 6은 비교 발광 소자 7보다 전계 발광 스펙트럼의 반치 전폭이 작고, 색 순도가 높은 광을 방출할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태는 표시 장치에 적합하다.
도 24, 도 26, 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 6, 그리고 비교 발광 소자 7 및 8은 매우 높은 발광 효율(전류 효율, 전력 효율, 및 외부 양자 효율)을 나타낸다. 또한 발광 소자 6의 외부 양자 효율은 6.25%보다 훨씬 높다. 이는, 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자에서 유래하는 발광에 더하여, 삼중항 여기자에서 유래하는 발광이 얻어지기 때문이고, 인광 재료인 Ir(ppy)2(4dppy)를 통하여 형광성 화합물인 TBRb로 여기 에너지가 이동된다는 것을 시사한다. 또한 발광 소자 6은 비교 발광 소자 7보다 높은 외부 양자 효율을 나타내기 때문에, 여기 에너지의 불활성화가 저감되고 여기 에너지를 광으로 효율적으로 변환할 수 있다는 것이 증명된다.
또한 발광 소자 6은 롤 오프가 적다. 이와 같이 롤 오프가 적다는 것이 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 특징 중 하나이다.
<CV 측정 결과>
다음으로, 상기 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)의 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 사용하여, 이들의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 구하였다. 측정 방법은 실시예 2에서와 같다.
CV 측정 결과를 보면, 4,8mDBtP2Bfpm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -6.18eV 및 -3.02eV이었다. PCCP의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.63eV 및 -1.96eV이었다. 4,6mDBTP2Pm-II의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -6.22eV 및 -2.83eV이었다.
따라서 4,8mDBtP2Bfpm은 PCCP보다 HOMO 준위가 높고 LUMO 준위가 낮으므로, 4,8mDBtP2Bfpm과 PCCP는 발광층에서 들뜬 복합체를 형성하는 조합이다. 마찬가지로, 4,6mDBTP2Pm-II와 PCCP도 들뜬 복합체를 형성하는 조합이다.
4,8mDBtP2Bfpm 및 PCCP에 의하여 형성되는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지로부터 산출한 S1 준위 및 T1 준위는 2.61eV이다. 여기서 Ir(ppy)2(4dpy)의 T1 준위는 2.40eV(다이클로로메테인 용액의 흡수단으로부터 산출함)이다. 따라서 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽이 Ir(ppy)2(4dpy)로 이동할 수 있다.
<들뜬 복합체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼의 관계>
도 28은 TBRb의 톨루엔 용액에서의 흡수 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 도 28에는 비교 발광 소자 7의 발광 스펙트럼도 나타내었다. 측정은 실시예 2에서와 같은 식으로 수행하였다.
도 28에 나타낸 바와 같이, TBRb의 흡수 스펙트럼과 비교 발광 소자 7의 발광 스펙트럼은 부분적으로 중첩된다. 그러므로 4,8mDBtP2Bfpm 및 PCCP에 의하여 형성되는 들뜬 복합체로부터 Ir(ppy)2(4dpy)를 통하여 TBRb(형광성 화합물)에 여기 에너지를 효율적으로 공급할 수 있다. 인광성 화합물인 Ir(ppy)2(4dpy)를 통하여 TBRb로 에너지가 이동함으로써, 삼중항 여기 에너지를 형광에 기여시킬 수 있다. 또한 비슷한 기구가 비교 발광 소자 8에서도 생길 수 있다.
여기서, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 8보다 발광 효율이 높다. 이들 소자의 차이는 호스트 재료이고, 발광 소자 6에는 벤조퓨로피리미딘 골격을 갖는 재료를 사용하는 한편, 비교 발광 소자 8에는 피리미딘 골격을 갖는 재료를 사용한다. 그러므로 호스트 재료로서 벤조퓨로피리미딘 골격을 갖는 재료를 사용함으로써, 발광 효율이 더 높은 발광 소자로 할 수 있다.
<발광 소자의 신뢰성>
다음으로, 발광 소자 6, 그리고 비교 발광 소자 7 및 8에 2mA의 정전류에서의 구동 시험을 수행하였다. 표 7에는 이들 발광 소자의 LT40(휘도가 60% 감소되는 시간)을 나타내었다.
Figure pct00018
표 7을 보면, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자인 발광 소자 6은 가장 높은 신뢰성을 나타내었다. 발광 소자 6과 비교 발광 소자 7의 차이는 형광성 화합물이 포함되는지 여부이다. 이는, 인광 재료를 통하여 형광 재료로 에너지가 이동함으로써, 신뢰성이 높아지는 것을 시사한다. 또한 발광 소자 6은 비교 발광 소자 8보다 신뢰성이 높으므로, 실시예 2에서와 같이 벤조퓨로피리미딘 골격을 갖는 재료를 사용함으로써, 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다는 것이 증명된다.
100: EL층, 101: 전극, 102: 전극, 106: 발광 유닛, 108: 발광 유닛, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 전자 수송층, 114: 전자 주입층, 115: 전하 발생층, 116: 정공 주입층, 117: 정공 수송층, 118: 전자 수송층, 119: 전자 주입층, 120: 발광층, 130: 발광층, 131: 화합물, 132: 화합물, 133: 화합물, 134: 화합물, 150: 발광 소자, 170: 발광층, 250: 발광 소자, 601: 소스 구동 회로, 602: 화소부, 603: 게이트 구동 회로, 604: 밀봉 기판, 605: 실재, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC, 610: 소자 기판, 611: 스위칭 TFT, 612: 전류 제어 TFT, 613: 전극, 614: 절연체, 616: EL층, 617: 전극, 618: 발광 소자, 623: n채널 TFT, 624: p채널 TFT, 625: 건조제, 900: 휴대 정보 단말기, 901: 하우징, 902: 하우징, 903: 표시부, 905: 힌지부, 910: 휴대 정보 단말기, 911: 하우징, 912: 표시부, 913: 조작 버튼, 914: 외부 접속 포트, 915: 스피커, 916: 마이크로폰, 917: 카메라, 920: 카메라, 921: 하우징, 922: 표시부, 923: 조작 버튼, 924: 셔터 버튼, 926: 렌즈, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 층간 절연막, 1021: 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 전극, 1024G: 전극, 1024R: 전극, 1024W: 전극, 1025B: 하부 전극, 1025G: 하부 전극, 1025R: 하부 전극, 1025W: 하부 전극, 1026: 격벽, 1028: EL층, 1029: 전극, 1030: 흑색층, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실재, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1035: 흑색층, 1036: 오버코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 1044B: 청색 화소, 1044G: 녹색 화소, 1044R: 적색 화소, 1044W: 백색 화소, 2100: 로봇, 2101: 조도 센서, 2102: 마이크로폰, 2103: 상부 카메라, 2104: 스피커, 2105: 디스플레이, 2106: 하부 카메라, 2107: 장애물 센서, 2108: 이동 기구, 2110: 연산 장치, 5000: 하우징, 5001: 표시부, 5002: 표시부, 5003: 스피커, 5004: LED 램프, 5005: 조작 키, 5006: 접속 단자, 5007: 센서, 5008: 마이크로폰, 5012: 지지부, 5013: 이어폰, 5100: 로봇 청소기, 5101: 디스플레이, 5102: 카메라, 5103: 솔, 5104: 조작 버튼, 5120: 먼지, 5140: 휴대용 전자 기기, 5150: 휴대 정보 단말기, 5151: 하우징, 5152: 표시 영역, 5153: 굴곡부, 8501: 조명 장치, 8502: 조명 장치, 8503: 조명 장치, 8504: 조명 장치
본 출원은 2017년 10월 27일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2017-208054의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (26)

  1. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 발광층; 및
    상기 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 발광층은
    삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 제 1 유기 화합물;
    벤조퓨로피리미딘 골격 및 벤조티에노피리미딘 골격 중 하나를 갖는 제 2 유기 화합물; 및
    단일항 여기 에너지를 광으로 변환하는 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 발광층으로부터 방출되는 광은 상기 제 3 유기 화합물로부터 방출되는 광을 포함하는, 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 상기 제 3 유기 화합물에 여기 에너지를 공급하는, 발광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤조퓨로피리미딘 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격이고,
    상기 벤조티에노피리미딘 골격은 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격인, 발광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치의 치환기 및 8위치의 치환기 중 하나를 갖고,
    상기 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치의 치환기 및 8위치의 치환기 중 하나를 갖는, 발광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 Ru, Rh, Pd, Os, Ir, 및 Pt 중 하나를 포함하는, 발광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 인광을 방출할 수 있는, 발광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 실온에서 0% 이상 40% 이하의 발광 양자 수율을 갖는, 발광 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 유기 화합물은 형광을 방출하는, 발광 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물의 가장 낮은 단일항 여기 에너지와 가장 낮은 삼중항 여기 에너지의 차이가 0eV 이상 0.2eV 이하인, 발광 장치.
  10. 표시 장치로서,
    제 1 항에 따른 발광 장치; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치.
  11. 전자 기기로서,
    제 10 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 기기.
  12. 조명 장치로서,
    제 1 항에 따른 발광 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 조명 장치.
  13. 발광 장치로서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 발광층; 및
    상기 발광층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 발광층은
    삼중항 여기 에너지를 광으로 변환하는 제 1 유기 화합물;
    벤조퓨로피리미딘 골격 및 벤조티에노피리미딘 골격 중 하나를 갖는 제 2 유기 화합물; 및
    단일항 여기 에너지를 광으로 변환하는 제 3 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성할 수 있고,
    상기 발광층으로부터 방출되는 광은 상기 제 3 유기 화합물로부터 방출되는 광을 포함하는, 발광 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체는 상기 제 3 유기 화합물에 여기 에너지를 공급하는, 발광 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 벤조퓨로피리미딘 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격이고,
    상기 벤조티에노피리미딘 골격은 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격인, 발광 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치의 치환기 및 8위치의 치환기 중 하나를 갖고,
    상기 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격은 4위치의 치환기 및 8위치의 치환기 중 하나를 갖는, 발광 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 Ru, Rh, Pd, Os, Ir, 및 Pt 중 하나를 포함하는, 발광 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 인광을 방출할 수 있는, 발광 장치.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼은 상기 제 3 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 부분적으로 중첩되는, 발광 장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 실온에서 0% 이상 40% 이하의 발광 양자 수율을 갖는, 발광 장치.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 들뜬 복합체는 상기 제 1 유기 화합물의 발광 효율보다 높은 발광 효율로 광을 방출하는, 발광 장치.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 3 유기 화합물은 형광을 방출하는, 발광 장치.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물의 가장 낮은 단일항 여기 에너지와 가장 낮은 삼중항 여기 에너지의 차이가 0eV 이상 0.2eV 이하인, 발광 장치.
  24. 표시 장치로서,
    제 13 항에 따른 발광 장치; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치.
  25. 전자 기기로서,
    제 24 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 기기.
  26. 조명 장치로서,
    제 13 항에 따른 발광 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 조명 장치.
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